阿基米德曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“給我一個(gè)支點(diǎn),我可以撬動(dòng)地球”,這是他在發(fā)現(xiàn)杠桿原理時(shí)的豪言壯語(yǔ)。在這里我也可以說(shuō)“給我一碗水,我可以浮起一艘輪船”!
你可能會(huì)想,這怎么可能?這么少的水怎么能浮起巨大的輪船呢?要想知道其中的道理,還要從浮力談起。
生活中的浮力現(xiàn)象
生活中,我們會(huì)看到木塊兒投入水中后,會(huì)浮起來(lái);乒乓球投入水中,也會(huì)漂浮在水面上;煮熟的面條、湯圓、餃子都會(huì)浮到水面上來(lái)。節(jié)日慶典時(shí),氫氣球飄向空中;孔明燈點(diǎn)燃后升向高空;更有熱氣球載人升空觀光。
這些現(xiàn)象,都說(shuō)明了物體在水中或空氣中受到了向上的托力,這個(gè)托力使它們不會(huì)沉入水底或不會(huì)從空中掉下來(lái)。
阿基米德洗澡時(shí)的巨大發(fā)現(xiàn)
早在公元前200年左右,偉大的古希臘哲學(xué)家、百科式科學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家阿基米德(公元前287年—公元前212年),就發(fā)現(xiàn)了浮力原理。
一次,他在家中洗澡時(shí),突然感覺(jué)自己被水托了起來(lái),并且當(dāng)他進(jìn)入水中越多時(shí),溢出的水越多,感覺(jué)水的托力越大。他又反復(fù)多次體驗(yàn),終于發(fā)現(xiàn)浮力的大小與排開(kāi)水的多少有關(guān)。最后,經(jīng)過(guò)他的計(jì)算與推導(dǎo),得到了浮力定律:浸入水中的物體受到的浮力大小等于排開(kāi)水的重力。后來(lái),人們?yōu)榱思o(jì)念他,將這個(gè)定律命名為“阿基米德原理”。
動(dòng)手實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)浮力
活動(dòng)1 測(cè)量浮力的大小
將乒乓球投入水中,由于受浮力的作用會(huì)漂起來(lái)。將石塊兒(鐵塊兒)投入水中,它們會(huì)沉入水底,這時(shí)的石塊兒還受浮力的作用嗎 ?
器材:一個(gè)橡皮筋、細(xì)線、石塊兒(或其他物體)和木塊兒、一杯水。
實(shí)驗(yàn)步驟:
1.用細(xì)線拴住物體,再用橡皮筋吊起重物,這時(shí)的橡皮筋被拉長(zhǎng)了。
2.將物體放入水中,這時(shí)的橡皮筋縮短了。
3.將物體從水中提出來(lái),橡皮筋又拉長(zhǎng)了;若用手向上輕托物體,這時(shí)的橡皮筋又縮短了。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明:將物體放入水中時(shí),物體會(huì)受到水向上的托力,這個(gè)托力就是浮力。
活動(dòng)2 輪船為什么能浮在水面上
鐵塊兒和石塊兒投入水中會(huì)沉入水底,這是因?yàn)槭艿降母×Ρ任矬w自身的重力小,力量不足以將物體浮起,所以才會(huì)導(dǎo)致物體下沉。但是,輪船也是由鋼鐵或水泥制成的,它為什么能浮在水面上呢?
通過(guò)觀察我們會(huì)發(fā)現(xiàn):鐵塊兒是實(shí)心兒的,而輪船卻是空心兒的,體積也大了。將它們放在水中,實(shí)心兒鐵塊兒排開(kāi)的水較少;做成空心兒的輪船,排開(kāi)水的體積較大,從而產(chǎn)生了較大的浮力,使輪船漂浮在了水面上。因此,越是大的輪船,能產(chǎn)生的浮力會(huì)越大,裝載的貨物就越多。
活動(dòng)3 氫氣球、孔明燈中的浮力現(xiàn)象
不僅放入液體中的物體會(huì)受到浮力作用,在空氣中的物體也會(huì)受到浮力作用。
我們的周?chē)际强諝?,那我們?yōu)槭裁礇](méi)有感受到呢?這是因?yàn)槭艿降母×^小,我們感覺(jué)不明顯而已!
放入液體中,浮力等于物體排開(kāi)的液體的重力大??;在空氣中,浮力等于物體排開(kāi)的空氣的重力大小。但由于空氣較輕,產(chǎn)生的浮力相應(yīng)也會(huì)小了。
在空氣中,要想讓物體能浮起來(lái),就必須讓物體變得更輕。因此,向一個(gè)較輕的氣球里充入比空氣密度更小的氫氣,它就會(huì)飄向空中。若將體積做得再大一些,利用熱脹冷縮的原理,向其中噴入高溫火焰,使里面的空氣變輕,還可以做成大型的熱氣球,裝載著游客去觀光!
活動(dòng)4 一碗水浮起輪船的模擬實(shí)驗(yàn)
通過(guò)前面的學(xué)習(xí),我們已經(jīng)知道了浮力的大小就等于它排開(kāi)的液體(氣體)受到的重力。無(wú)論是液體還是氣體,都會(huì)對(duì)放入其中的物體產(chǎn)生浮力,要想使較重的物體浮起來(lái),就要做成空心兒的來(lái)增大體積。
在水中能隱形的潛水艇,就是通過(guò)吸水和排水的方法改變它自身受到的重力來(lái)實(shí)現(xiàn)上浮與下沉的。
“用一碗水浮起輪船”你能做到嗎?為了證明這個(gè)設(shè)想,你可以準(zhǔn)備以下器材:兩個(gè)相同的、可以重疊在一起的盆子,一個(gè)碗,足量的水。
實(shí)驗(yàn)方法:
1.先在一個(gè)盆里倒入一碗水。
2.再向另一個(gè)盆里倒入半盆水。
3.將盛有半盆水的盆子放入只有一碗水的盆里。
你會(huì)發(fā)現(xiàn),上面的盆子可以自由地轉(zhuǎn)動(dòng),沒(méi)有沉下去。繼續(xù)向上面的盆子里加水,直到接近加滿水,當(dāng)你轉(zhuǎn)動(dòng)上面的盆子時(shí),它仍然可以自由地轉(zhuǎn)動(dòng),這說(shuō)明上面的盆子還是被浮了起來(lái)!
為什么一碗水真能浮起這么一大盆水呢?這是因?yàn)樗砰_(kāi)了更多的水,受到了足夠大的浮力!而這一碗水,只是剩下了的。
因此,如果我們選用一個(gè)外形和船體相同的容器,將船體放進(jìn)去,只要加入一碗水,就足以將船浮起來(lái)了!
浮力在生活中普遍存在,只要留意觀察,你一定會(huì)有更多收獲!