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浮力的産生原理
浮力的産生原理
更新时间:2024-11-11 21:48:18

石頭也可以做成船漂在海裡,水能載萬物又不能載萬物,要看怎麼載,今天來給大家分析一下,用石頭做船,水能不能在萬物呢?

物體是否能在水上漂浮,取決于這個物體的重力和水的浮力大小關系,我們可以對物體進行受力分析,來研究這個問題,也可以從密度的角度進行一波分析。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)1

普通鐵塊、正常鐵錘子也是無法浮在水面的,而如果是鐵皮、鐵箱子,則有可能漂浮在水面上。

重力與浮力的較量

重力:地球附近的物體受到各萬有引力(地球、月球、太陽燈)與各慣性力的合力稱為重力,這是最新的重力定義,以前的定義是地球附近受地球引力垂直地表向下的力。地球附近所有物體都受到地球引力,有一定的重量,空氣也受重力影響。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)2

在外太空,沒有重力影響,物體可以随意漂浮,而在地球上,受到引力影響,大家紛紛受到重力,被吸在地球表面,并且越重的越容易“下沉”。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)3

重力相對地表是垂直向下的,堆疊在一起的物體,位于下方的對上方的物體也是有個支撐力的,固體壘在一起,大家都能理解,下面的物體對上面的物體有個向上的支撐力。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)4

浮力:在流體中,它們自身流動性強,很容易被混入其他物體,流體對其内或者上方浸入的物體也是有個向上的“支撐”力的,我們把流體内物體受到流體向上的托力稱為浮力。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)5

比如氫氣球,空氣對它的浮力大于它自身的重力,所以氫氣球如果不被重物綁着會一直向上飄。

液體中,一個物體是浮在液體表面,還是能保持在液體中間,還是沉底,就是取決于物體受到的浮力和重力誰更大,合力指向的方向,是物體最後的歸宿,如果重力=浮力,那麼物體就可以處在“液體中央”

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)6

圖:伽利略溫度計,利用溫度與液體密度之間關系制作的溫度計

浮力大小與密度

F浮力=ρ(液體密度)V(排開液體體積)g( 物體重力/質量,一般按10N/kg進行計算)

G重力=m(物體質量)g(同上,比例系數,物體重力/質量,一般按10N/kg進行計算)

綜上分析,一個東西是否能浮在表面,其實就是比較它所受的浮力和重力,誰大誰主沉浮!

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)7

根據計算公式,就是比較ρVg 與 mg 大小,比例系數g可約掉,其實就是比較液體密度*排開水的體積與物體的質量。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)8

而物體的質量密度和體積之間計算關系為ρ=m/V,m=ρV

直接拿題目中的石頭來進行分析,假設一塊石頭的質量是M1 ,如果想要讓石頭能浮在水面上,我們要讓它受到的浮力要比重量大,水的密度是固定的

石頭重力G=ρ(石頭)V(石頭),

石頭所受浮力F=ρ(水)V(石頭排開水的體積),

ρ石頭>>ρ水(石頭密度遠大于水的密度) 水和石頭的密度較難人為改變,一杯水我們可以加鹽讓水密度變大,但是很難改變海水湖水密度。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)9

如果直接把普通石塊放入水中,那石塊能排開的水的體積肯定是等于石塊的體積的,石頭肯定是會下沉的,

要想讓誰浮起,唯一能進行改變的就是排開水的體積了,要讓石頭放入水中後盡量占更大的空間。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)10

鐵船能浮于水面,是因為鐵被做成了中空狀,下水後能排開更多的水,那麼石頭也可以這麼做,隻要讓石頭造出中空狀,密封好,就可以。

我們說石頭的密度和水的密度沒法改變,但如果我們不直接說單一物質,按整體來說,其實隻要進入水中部分整體的密度是大于水的密度的,那麼這個物體就可以浮在水面。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)11

通俗例子:魚肉的密度是大于水密度的,但是魚體内有魚泡,它可以通過魚泡内空氣多少改變自身整體的密度,從而在水中遊刃有餘起起伏伏。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)12

船是否能漂浮在水面,取決于,整艘船的重量和船的體積比例,相當于我們把一艘船看做一個整體(中間空的部分也算入),這個船整體的密度要小于水的密度,它才能漂浮在水面。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)13

上面的分析中,說到水的密度,海水和淡水湖河的密度是有差别的,海水的密度>淡水密度,所以船在海水裡航行和在河裡航行,吃水是不一樣多的,造船和運輸貨物的時候通常都會要考慮到這一點。

水能載舟亦能覆舟

古人這句話真的說得太有道理了,如果說能放到船上,就算水能載,那麼這個物隻要是船能載重的範圍内,水都可以載,但是船載重過多,船整體重量超過它受到的浮力的時候,就載不了了。這種情況下呢,隻要船夠大,可以說水能載萬物,靠造船本領了。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)14

如果說是拿萬物直接放水面上,顯然很多東西是沒法制作船的,因為有些東西會溶于水呀,比如鹽、糖,還有些東西會和水反應呀,比如鈉,作為一個非常活潑的金屬,它和水會發生劇烈反應,這些東西都不能被水載。要想被水載,首先不能和水發生反應也不能溶于水,才可能再考慮浮在水面。

補充:水的表面張力

關于浮于水面還有水載物,這裡還想補充一個情況,曲别針、蚊子、輕薄硬币類等東西,也是可以放到水面上的,但是,這個時候跟浮力沒有關系的,這個時候是水的表面張力的作用,因為這些東西的質量極小,水分子之間的一種力它們沒有被破壞的情況下,這種力就足以支撐小質量物體浮在表面。

浮力的産生原理(一文讀懂浮力原理)15

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