原帖由 钱尘往事 于 2016-2-28 23:14 发表
我对你的物理概念表示无语……当然我知道你不是在故意捣乱,只是对浮力的认识有错,那我只能再多说一点,理不理解在你。
再重复一遍阿基米德定律:浸入静止流体(气体或液体)中的物体受到一个浮力,其大小等于该物体所排开的流体重量。你没弄明白的一点就是“该物体所排开的流体”指的是什么。
假设一个容器,里面装满了水(这是为了简化,水可以换成其他液体或气体)。把物体浸入水中,水就会溢出。这部分溢出的水就是物体所排开的水。这“排开的水”是和物体浸在水中的体积是直接相关的。容器里原来装满的水分成了两部分,一部分仍然在容器中,一部分溢出到了外面。
那么问题来了,给物体浮力的水是哪部分?显然是仍然在容器中的水。而不会是溢出到了外面的水——这点你是否有疑问?
接下来,容器中剩下的水一定比溢出到外面的水多吗?没有这样的逻辑关系。
明白了吗?物体所受到的浮力是和物体浸在水中的情况是相关的,和容器内的水有多重并没有多大关系。
回到我举的那个例子:一个容器(形状合适)能装三千克水,往里面倒满水,把二千克木头(形状合适)放进去。
设水的密度为Xs,木头的密度为Xm,按照水王的题设条件,有Xm<Xs,另设木头体积为V,已知重力加速度为g。
如果木头完全沉在水中,则木头所受浮力为Xs*V*g,而木头自身重力为Xm*V*g,两者比较,显然Xs*V*g>Xm*V*g,即浮力大于重力,木头会上浮。所以木头不会完全沉在水中,而会浮在水面。
既然木头浮在水面,则有浮力等于重力,则其排开水的质量等于其自身质量,即二千克。也就是说,木头在水中占据的空间相当于二千克水的体积,该容器原来装满水是三千克,现在木头占据了二千克水的体积,容器中的水就只剩下一千克了,另外两千克水溢出容器了。容器里还剩下一千克水和二千克木头。
这种情况下,你把浮着的木头拿出来(思想实验,假设木头不沾水不吸水),容器里还剩一千克水,难道你再把这块木头放进去木头就浮不起来了?
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如果你还不能理解,我就直接给你上数字:
一个圆柱形容器,内壁的底面积为0.01m^2,高度为0.3m,3kg水可以灌满该容器。设木头为标准圆柱体,密度为水的一半,底面积0.009m^2,则其长度为(4/9)m。
将木头缓慢伸入水中,设浸在水中的长度为h(m),则其排开水的体积为0.009*h(m^3),则其所受到的浮力为10^3kg/(m^3)*[0.009*h(m^3)]*g=9h*g(kg)。
木头自身质量为2kg,所受重力为2*g(kg),当浮力等于重力时,9h*g(kg)=2*g(kg),则有h=(2/9)<0.3。这说明木头浸入水的深度不需要到底就能达到浮力和重力的平衡。
而这时候木头浸入水中的体积为0.009m^2*(2/9)(m)=0.002m^3,容器自身体积为0.01m^2*0.3m=0.003m^3,还剩下0.001m^3被水占据,这部分水质量为1kg。
现在你明白了吧,1kg水完全可以浮起2kg木头(前提是容器合适,木头的形状也合适)。
无论多少体积,最终还是由浮力决定的。
你两千克的木头放入水中,不管你剩余多少,只要浮起来,那么排出去的水,一定与这个木头的重量相当。因此,你排出两千克后,剩余的不足以支持,就终还是要沉的。
就拿你举的例子。在这两千克水排到容器之外的一刻,木头是浮着的,但这两千克水排出去之后,这木头肯定是沉底的。