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        古陶器 大道理

        2009-04-02 10:05:54王修權(quán)
        物理教學探討 2009年1期

        王修權(quán)

        我國西安半坡出土了一件距今超越5000年的尖底陶器,如圖1所示。這種陶瓶口小腹大,有兩耳在瓶腰偏下的地方,底尖,若用兩根繩子系住兩耳吊起瓶子,就能從井中取水。試分析人們是怎樣利用尖底陶瓶在井中取水的。

        解析 該陶器在取水過程中主要體現(xiàn)了以下三個知識點:

        ①重心隨著物體質(zhì)量分布的變化而變化

        ②浮心(浮力的作用點)隨著物體潛入液體的形狀的變化而變化

        ③力矩的不平衡

        當空瓶剛放入井中時,由于瓶底與水的接觸面積很小,重力和浮力的作用線很難在同一條直線上,從而產(chǎn)生兩個力矩,在這兩個力矩的作用下瓶體自然傾斜,水開始進入瓶中。

        在水進入瓶中的過程中,瓶的總質(zhì)量發(fā)生變化,故其整體的重心要發(fā)生變化。隨著瓶的總質(zhì)量的增加,瓶要下沉,故瓶排開水的體積逐漸增加,根據(jù)在密度均勻的液體中,浮心在物體、液體相互接觸之表面圍成的幾何體的幾何中心上,故浮心也要變化。水進入瓶的過程可近似看做是一個緩慢過程,故可認為瓶所受到的重力與浮力大小相等。定性分析重心與浮心的變化情形,如圖2所示:光滑的曲線表示浮心的變化過程,光滑折線表示重心的變化過程。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),在同一時刻,浮心總在重心左下方,所以浮力的力矩總大于重力的力矩,因此,水進入瓶中的過程中瓶要逐漸直立,當浮心移到瓶的對稱軸上時,瓶體將完全直立,將瓶從水中取出。由于重心在兩耳之下,用繩系住兩耳,瓶體也不會傾倒。

        雖然在遙遠的古代,我國先民對重力的本質(zhì)還未必十分清楚,但他們對重心卻有了如此復雜而成功的應用,體現(xiàn)了我國遠古時期的勞動者已經(jīng)具備了很高的智慧,也體現(xiàn)了物理來源于生活的本質(zhì)。

        (欄目編輯王柏廬)

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