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        浮起來(lái)

        2021-09-29 09:34:16張軍
        科學(xué)大眾(中學(xué)) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:潛水艇回形針橡皮泥

        張軍

        浮力是生活中平凡無(wú)奇、時(shí)常可以看見(jiàn)的物理現(xiàn)象,浮力知識(shí)對(duì)人們的日常生活、生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)研究有著廣泛的現(xiàn)實(shí)意義。但是,你真的了解浮力嗎?書(shū)本上的知識(shí)點(diǎn)也許讓你覺(jué)得有些枯燥,那不妨來(lái)做做下面的幾個(gè)浮力小實(shí)驗(yàn),一定能讓你對(duì)浮力的理解更加深刻。

        乒乓球掉到水里,會(huì)浮在水面上。即使你把它按到水面下,當(dāng)你松開(kāi)手,它還會(huì)浮上來(lái)。這是因?yàn)樵谒聲r(shí),乒乓球受到的浮力大于它所受到的重力?;蛘哒f(shuō),是因?yàn)槠古仪虻拿芏刃∮谒拿芏取?/p>

        (實(shí)驗(yàn)1:乒乓球按到水下還會(huì)浮上來(lái))

        我們經(jīng)常見(jiàn)到植物油浮在水面上、木頭浮在水面上,那是因?yàn)橹参镉秃湍绢^的密度小于水的密度。那么,輪船呢?輪船可是鋼鐵制造的,它們也能浮在水面上,因?yàn)樗鼈兊钠骄芏纫残∮谒?/p>

        如果把一團(tuán)橡皮泥放到水面上,松開(kāi)手,它就會(huì)沉下去,因?yàn)橄鹌つ嗟拿芏却笥谒D敲?,怎樣才能讓橡皮泥浮在水面上呢?很?jiǎn)單,把橡皮泥捏成一個(gè)小碗,就可以浮在水面上了。中空的橡皮泥可以排開(kāi)更多的水,受到的浮力變大了;或者說(shuō),把橡皮泥和它的中空部分看成一個(gè)整體,這個(gè)整體的密度小于水。鋼鐵制造的輪船能浮在水面上,也是這個(gè)道理。

        (實(shí)驗(yàn)2:讓橡皮泥浮到水面上)

        生雞蛋丟到水里,也會(huì)沉下去。有什么辦法讓雞蛋浮上來(lái)?總不能把生雞蛋捏扁了吧,那就打水的主意,把水的密度增大。在水中加鹽,邊加鹽邊攪拌,水就變成了鹽水。當(dāng)鹽水的密度和雞蛋的密度相等時(shí),雞蛋將懸?。u蛋處于水面下方,保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài);假如觸碰到容器底部,雞蛋對(duì)容器底部不產(chǎn)生壓力);當(dāng)鹽水的密度大于雞蛋的密度時(shí),雞蛋就浮上來(lái)了。

        (實(shí)驗(yàn)3:上浮的雞蛋)

        這也給了我們啟發(fā)。人如果落水,如何自救呢?要想辦法讓人浮在水面上。給水加鹽是不可能了,那就想辦法減小人的密度。盡量放松,讓身體松弛,可以減小人體的密度?;蛘弑M可能地尋找身邊的“空心”物體(其實(shí)就是密度遠(yuǎn)小于水的物體),比如用衣服兜空氣,讓衣服鼓起來(lái);比如找空的飲料瓶,越多越好,抱在懷里;比如抓住水面上的漂浮物,等等。

        潛水艇質(zhì)量從幾十噸到幾百噸不等,它們實(shí)現(xiàn)浮沉的方法、思路和上面講過(guò)的一樣。潛水艇在水下時(shí),外觀體積不變,根據(jù)阿基米德原理,受到的水的浮力也不變(不考慮水密度的變化)。要想實(shí)現(xiàn)潛水艇上浮,就要讓自身重力小于浮力,或者讓自身平均密度小于水的密度。潛水艇的兩邊有儲(chǔ)水箱,用壓縮空氣將儲(chǔ)水箱里的水?dāng)D出艇外,這就相當(dāng)于變成了“空腔”,潛水艇的質(zhì)量減少,重力小于浮力,或者說(shuō)平均密度小于水的密度,潛水艇就浮出水面了。如果想沉到水下,就讓水注滿儲(chǔ)水箱,這時(shí)潛水艇所受的重力大于浮力,或者說(shuō)平均密度大于水的密度,潛水艇就下沉了。當(dāng)然,也可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)水量,讓潛水艇懸浮在水中,就像通過(guò)調(diào)節(jié)鹽水密度讓雞蛋懸浮一樣。

        下面,讓我們自己動(dòng)手做兩個(gè)“潛水艇”,讓它們下沉或上浮。

        “吸管潛水艇”

        用剪刀將彎頭吸管的彎頭部分剪下來(lái),彎曲一下,使兩個(gè)開(kāi)口端并到一起,用回形針夾住兩個(gè)開(kāi)口端,固定到吸管上?;匦吾樕线€可以再掛住幾根回形針。找一個(gè)空的塑料瓶,倒入大半瓶水,將吸管和回形針的組合從瓶口放進(jìn)水里。觀察一下,如果回形針沉下去了,就取出來(lái),去掉適量回形針;如果回形針露出水面太多,就取出,再增掛適量回形針。直到吸管漂在水面上時(shí),剛露出一點(diǎn)點(diǎn)。這時(shí)把瓶蓋擰上,一個(gè)“潛水艇”就做好了。從外面擠壓瓶子,瓶?jī)?nèi)水面上方的空氣被壓縮,氣壓增大,會(huì)把部分水壓進(jìn)吸管內(nèi),這就相當(dāng)于向儲(chǔ)水箱注水,吸管會(huì)沉下去。把手放開(kāi),塑料瓶由于具有彈性恢復(fù)原狀,瓶?jī)?nèi)水面上方的氣壓相對(duì)減小,吸管內(nèi)的氣壓會(huì)把部分水壓出吸管,這就相當(dāng)于儲(chǔ)水箱內(nèi)的水被排出,吸管就浮上來(lái)了。

        (實(shí)驗(yàn)4:“吸管潛水艇”)

        “小玻璃瓶潛水艇”

        取一個(gè)小玻璃瓶(比如裝口服液的小瓶子),玻璃瓶要能放入塑料瓶中(可以取大一點(diǎn)的飲料瓶)。塑料瓶?jī)?nèi)裝入大半瓶水。在小玻璃瓶?jī)?nèi)裝入部分水后,口朝下插入塑料瓶中,讓玻璃瓶能豎直漂浮。然后,擰緊塑料瓶蓋子,在塑料瓶外側(cè)用力擠壓,看玻璃瓶能否下沉,如果能下沉了,說(shuō)明制作成功。當(dāng)松開(kāi)手時(shí),玻璃瓶就會(huì)浮上來(lái)。假如玻璃瓶倒著插入水中時(shí)沉下去了,說(shuō)明玻璃瓶?jī)?nèi)的水偏多,取出來(lái),適當(dāng)減少水量。假如玻璃瓶不能豎直漂浮,或者擰上塑料瓶蓋在外側(cè)用力擠壓而玻璃瓶不能下沉,說(shuō)明玻璃瓶?jī)?nèi)的水量偏少,再取出來(lái),適當(dāng)多加點(diǎn)水。嘗試幾次,你一定會(huì)成功的。它的原理和“吸管潛水艇”原理相同。

        (實(shí)驗(yàn)5:“小玻璃瓶潛水艇”)

        (責(zé)任編輯:白玉磊)

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