Hai quả cầu bằng kim loại có khối lượng bằng nhau được treo vào hai đĩa của một cân đòn. Hai quả cầu có khối lượng riêng lần lượt là D1 = 7,8g/cm3; D2 = 2,6g/cm3. Nhúng quả cầu thứ nhất vào chất lỏng có khối lượng riêng D3, quả cầu thứ hai vào chất lỏng có khối lượng riêng D4 thì cân mất thăng bằng. Để cân thăng bằng trở lại ta phải bỏ vào đĩa có quả cầu thứ hai một khối lượng m1 = 17g. Đổi vị trí hai chất lỏng cho nhau, để cân thăng bằng ta phải thêm m2 = 27g cũng vào đĩa có quả cầu thứ hai. Tìm tỉ số hai khối lượng riêng của hai chất lỏng.
Gọi V1,V2 là thể tích của 2 quả cầu
FA1,FA2 là lực đẩy Acsimet tác dụng lên các qủa cầu
P1,P2 là trọng lượng của các quả cầu
P3 là trọng lượng của quả cân
Vì 2 quả cân có kối lượng bằng nhau nên:
D1.V1=D2.V2\frac{V2}{v1}=\frac{D1}{D2}=3
V2=3V1(1)
Do cân nằm thăng bằng nên ta có:
(P1-FA1)OA=(P2-FA2+P3)OB
Mà P3=FA2-FA1
10m1=(D4V2-D3V1).10
Thay (1)vào pt ta đc:
m1=(3D4-D3)V1(2)
Tương tự ở làn thứ 2 khi đổi vị trí 2 chất lỏng cho nhau
Gọi FA1',FA2'là lực đẩy Acsimet tác dụng lên 2 quả cầu khi đổi chỗ 2 chát lỏng
P3' là trọng lượng của quả cân có khối lượng m2
(P1-FA1')Oa=(P2-FA2'+P3')OB
MẶt khác: P3'=FA2'-FA1'
10m2=(D3V2-D4V1)10
m2=(3D3-D4)V1(3)
Từ 2 và 3
\frac{m1}{m2}=\frac{(3D4-D3)V1}{(3D3-D4)V1}
m1(3D3-D4)=m2(3D4-D3)
D3(3m1+m2)=D4(3m2+m1)
\frac{D3}{D4}=\frac{(3m1+m2)}{(3m2+m1)}=1,256
Do hai quả cầu có khối lượng bằng nhau , gọi \(V_1,V_2\) là thể tích của hai quả cầu, ta có:
\(D_1.V_1=D_2.V_2\) hay \(\frac{V_2}{V_1}=\frac{D_1}{D_2}=\frac{7,8}{2,6}=3\)
Gọi \(F_1\) và \(F_2\) là lực đẩy của Ac-si-met tác dụng vào quả cầu. Do cân bằng ta có:
\(\left(P_1-F_1\right).OA=\)\(\left(P_2+P-F_2\right).OB\)
Với \(P_1,P_2\) và \(P\) là trọng lượng của các vật và quả cân ; \(OA=OB;P_1=P_2\) từ đó suy ra:
\(P=F_1-F_2\) hay \(10.m_1\)\(=\left(D_4.V_2-D_3.V_1\right).10\)
Thay \(V_2=3V_1\) vào ta được : \(m_1=\left(3D_4.D_3\right).V_1\) \(\left(1\right)\)
Tương tự ta có:
\(\left(P_1-F'_1\right).OA=\)\(\left(P_2-P"-F'_2\right).OB\)
\(\Rightarrow P"=F'_2-F'_1\) hay \(10.m_2=\left(D_3.V_2-D_4.V_1\right).10\)
\(\Rightarrow m_2=\left(3D_3-D_4\right).V_1\) \(\left(2\right)\)
\(\frac{\left(1\right)}{\left(2\right)}=\frac{m_1}{m_2}=\frac{3D_4-D_3}{3D_3-D_4}\)\(\Rightarrow m_1.\left(3D_3-D_4\right)=\)\(m_2.\left(3D_4-D_3\right)\)
\(\Rightarrow\left(3.m_1+m_2\right).D_3=\)\(\left(3.m_2+m_1\right).D_4\)
\(\Rightarrow\frac{D_3}{D_4}=\frac{3m_2+m_1}{3m_1+m_2}=1,256\)
