科学原理:浮力
发布时间:2020-07-15
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科学原理:浮力

(图源:pixabay)

你需要一罐汽水和一把葡萄干。

现在,请你打开汽水,倒入玻璃杯,然后把葡萄干撒入汽水里。接下来请睁大眼睛仔细观察。

我并不是在教你做什么创意饮品。因为要不了几分钟,你就能看到葡萄干浑身吸满了气泡,向上浮了起来,可是刚浮上去就又掉了下来。如此反复的上上下下的运动,看起来就像在汽水里乐此不疲地跳舞。

葡萄干没有马达,更没有人碰它,为什么会这么活跃地跳舞呢?答案都在汽水里。夏日午后,你一定很想来一瓶冰镇汽水,就是因为汽水里藏着很多二氧化碳,这些气体进入口腔后会带给你爽快而清凉的口感(因为它离开口腔会带走热量)。而当这些包含二氧化碳的气泡遇到了皱巴巴的葡萄干,就会纷纷被吸引到葡萄干的表面。这样一来,原本沉在水底的葡萄干就像被穿上了充气救生衣,轻盈地浮了起来。而浮上去以后,气泡破裂,被迫脱下救生衣的葡萄干便只能再次沉入水底。

发现了吗?这个神奇小实验的奥秘就是汽水里的气泡,当气泡附着在葡萄干上时,大大拓展了葡萄干在水中的体积,所以改变了葡萄干在水中的状态。这场重力和浮力的擂台赛,为我们带来了一场神奇的视觉盛宴。

浸入液体中的物体都会受到来自液体的托举力,这便是浮力。物体受到的浮力与它受到的重力方向相反,浮力与重力的相对大小,决定了物体在水中的状态。重力更大时物体沉底,浮力更大时物体上浮。吸满了气泡的葡萄干,正是因为获得了更大的浮力,才能浮向水面。

我们都知道,物体受到重力的大小与本身的质量有关。那么浮力的大小呢?来自古希腊的科学家阿基米德发现,物体所受浮力的大小,恰好等于它所排开液体的重力。这个定律被称为浮力定律,又叫阿基米德定律。有了这样的规律,一切就解释得通了。轻盈的气泡体积膨大,但是重量却很小,包裹在葡萄干上后,使葡萄干排开水的体积大大增加,所受的浮力也就更大,当这个力大于重力时,便能轻快地浮起来。

当然,伟大的阿基米德定律可不只是为了让葡萄干跳舞的,海面上那些大大小小的船只,都是在这个原理的指导下扬帆远航。其中就包括号称“永不沉没”的“泰坦尼克号”。想让这艘载重量近5万吨的豪华巨轮漂浮于大海,同样需要给它穿上“救生衣”。在泰坦尼克号的底舱,有16个密闭防水隔舱,它们就相当于葡萄干表面的气泡。其中大量的空气大大增加了轮船的排水量,为它带来更大的浮力。

不过,浮力的大小不单单与排开液体的体积有关,还受到液体密度的影响。液体的密度越大,物体受到的浮力就越大。比如,有很多盐分的海水密度就要比纯水的密度大,所以,同一个物体,如果完全沉浸在水中,那么它在海水中所受的浮力比在纯水中更大。

哦对了,据说浮力定律是阿基米德在洗澡的时候发现的,他看着溢出的洗澡水灵感乍现,才有了经典的阿基米德定律!



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