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桌子上有个玻璃瓶,里面装了少许水。还放了片老冰棍的木棒。水川米指着木棒说:木头比水轻,为什么木棒没有漂浮起来?
玛格丽塔说:这个很容易理解。形状在起作用。在这个情景中,玻璃瓶的形状和木棒的形状决定了木棒只能立在玻璃瓶内。在瓶子中,形状力的方向和重力重合是向下的。它们的合力的方向与浮力相反,正好把浮力全部抵消掉了。所以,木棒是沉下去的。
其实,本质原因就是瓶子的底面半径是小于木棒的长度。浮力是水面的力,自然无法涉及到水下。因此,浮力就对水下木棒起不到作用。
还有一种解释就是木棒直接接触了空气,形成了一个密度梯度。由于木棒比空气重,所以木棒要下沉。木棒比水轻,水又会让它上升。空气的量远远多于玻璃瓶中的水的量,因而木棒下沉到底部。
杜埃尼亚斯说:与形状有关自然是没有争议的,关键的是形状如何影响水的浮力。玛格丽塔说空气对木棒有影响,这是真的。但是,我觉得浮力和物体与水的水平接触面有关。为什么是水平接触面而不是就是接触面呢?大家知道当物体的密度比水轻时,就会漂浮到水面上。为什么不是不是水中,而是水面上呢?我猜想在水中存在一个浮力梯度。每个水平面对应一种浮力值。越往上浮力越大,而水面上的浮力自然最大。由于每层水平面的浮力不同,就形成了浮力差。浮力小的水平面无法支持物体,就推向上面一层的水平面。循环往复,最终物体就到了水面上。
那么,木棒为什么下沉到玻璃瓶底部了?这是因为物体与水的水平接触面面积太小,导致浮力根本无法起作用。有次我把无针注射器放入玻璃瓶里,注射器居然可以上浮一段高度。这就说明水平接触面才是影响水的浮力的真正原因。
六子风来见状说道:我想水中一定有杂质,影响了水的浮力。我觉得是杂质的散乱分布造成浮力无法对物体施加真正的明显影响。
水川米说:我玻璃瓶中的水都是干净的,来自饮水器。我可以保证里面没有一点杂质。
玛格丽塔却说:虽然杂质不是浮力无法显现的主要原因,但是却是一个不可忽视的小原因。当然,少许的杂质对浮力的影响是很小的。
杜埃尼亚斯反驳说:谁告诉你们杂质会减少水的浮力?当杂质增加时,溶液整体的密度就会增加。而密度差也会相应地加大,浮力自然更会加大。
玛格丽塔又说:杂质分很多种,不一定会增加溶液的整体密度。如果杂质是不可溶解的,那么杂质只会降低水的浮力。。
水川米拍了拍手,说:好了,我们不在这个问题上纠结了。这个问题暂且搁置,等待合适的时机我们再来讨论它。
故事有开场,也有结尾。大家看,时间到了。那么,就如此吧!
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