阿基米德曾經(jīng)說過“給我一個支點,我可以撬動地球”,這是他在發(fā)現(xiàn)杠桿原理時的豪言壯語。在這里我也可以說“給我一碗水,我可以浮起一艘輪船”!
你可能會想,這怎么可能?這么少的水怎么能浮起巨大的輪船呢?要想知道其中的道理,還要從浮力談起。
生活中的浮力現(xiàn)象
生活中,我們會看到木塊兒投入水中后,會浮起來;乒乓球投入水中,也會漂浮在水面上;煮熟的面條、湯圓、餃子都會浮到水面上來。節(jié)日慶典時,氫氣球飄向空中;孔明燈點燃后升向高空;更有熱氣球載人升空觀光。
這些現(xiàn)象,都說明了物體在水中或空氣中受到了向上的托力,這個托力使它們不會沉入水底或不會從空中掉下來。
阿基米德洗澡時的巨大發(fā)現(xiàn)
早在公元前200年左右,偉大的古希臘哲學(xué)家、百科式科學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家阿基米德(公元前287年—公元前212年),就發(fā)現(xiàn)了浮力原理。
一次,他在家中洗澡時,突然感覺自己被水托了起來,并且當(dāng)他進入水中越多時,溢出的水越多,感覺水的托力越大。他又反復(fù)多次體驗,終于發(fā)現(xiàn)浮力的大小與排開水的多少有關(guān)。最后,經(jīng)過他的計算與推導(dǎo),得到了浮力定律:浸入水中的物體受到的浮力大小等于排開水的重力。后來,人們?yōu)榱思o(jì)念他,將這個定律命名為“阿基米德原理”。
動手實驗,認(rèn)識浮力
活動1 測量浮力的大小
將乒乓球投入水中,由于受浮力的作用會漂起來。將石塊兒(鐵塊兒)投入水中,它們會沉入水底,這時的石塊兒還受浮力的作用嗎 ?
器材:一個橡皮筋、細(xì)線、石塊兒(或其他物體)和木塊兒、一杯水。
實驗步驟:
1.用細(xì)線拴住物體,再用橡皮筋吊起重物,這時的橡皮筋被拉長了。
2.將物體放入水中,這時的橡皮筋縮短了。
3.將物體從水中提出來,橡皮筋又拉長了;若用手向上輕托物體,這時的橡皮筋又縮短了。
這個實驗說明:將物體放入水中時,物體會受到水向上的托力,這個托力就是浮力。
活動2 輪船為什么能浮在水面上
鐵塊兒和石塊兒投入水中會沉入水底,這是因為受到的浮力比物體自身的重力小,力量不足以將物體浮起,所以才會導(dǎo)致物體下沉。但是,輪船也是由鋼鐵或水泥制成的,它為什么能浮在水面上呢?
通過觀察我們會發(fā)現(xiàn):鐵塊兒是實心兒的,而輪船卻是空心兒的,體積也大了。將它們放在水中,實心兒鐵塊兒排開的水較少;做成空心兒的輪船,排開水的體積較大,從而產(chǎn)生了較大的浮力,使輪船漂浮在了水面上。因此,越是大的輪船,能產(chǎn)生的浮力會越大,裝載的貨物就越多。
活動3 氫氣球、孔明燈中的浮力現(xiàn)象
不僅放入液體中的物體會受到浮力作用,在空氣中的物體也會受到浮力作用。
我們的周圍都是空氣,那我們?yōu)槭裁礇]有感受到呢?這是因為受到的浮力較小,我們感覺不明顯而已!
放入液體中,浮力等于物體排開的液體的重力大小;在空氣中,浮力等于物體排開的空氣的重力大小。但由于空氣較輕,產(chǎn)生的浮力相應(yīng)也會小了。
在空氣中,要想讓物體能浮起來,就必須讓物體變得更輕。因此,向一個較輕的氣球里充入比空氣密度更小的氫氣,它就會飄向空中。若將體積做得再大一些,利用熱脹冷縮的原理,向其中噴入高溫火焰,使里面的空氣變輕,還可以做成大型的熱氣球,裝載著游客去觀光!
活動4 一碗水浮起輪船的模擬實驗
通過前面的學(xué)習(xí),我們已經(jīng)知道了浮力的大小就等于它排開的液體(氣體)受到的重力。無論是液體還是氣體,都會對放入其中的物體產(chǎn)生浮力,要想使較重的物體浮起來,就要做成空心兒的來增大體積。
在水中能隱形的潛水艇,就是通過吸水和排水的方法改變它自身受到的重力來實現(xiàn)上浮與下沉的。
“用一碗水浮起輪船”你能做到嗎?為了證明這個設(shè)想,你可以準(zhǔn)備以下器材:兩個相同的、可以重疊在一起的盆子,一個碗,足量的水。
實驗方法:
1.先在一個盆里倒入一碗水。
2.再向另一個盆里倒入半盆水。
3.將盛有半盆水的盆子放入只有一碗水的盆里。
你會發(fā)現(xiàn),上面的盆子可以自由地轉(zhuǎn)動,沒有沉下去。繼續(xù)向上面的盆子里加水,直到接近加滿水,當(dāng)你轉(zhuǎn)動上面的盆子時,它仍然可以自由地轉(zhuǎn)動,這說明上面的盆子還是被浮了起來!
為什么一碗水真能浮起這么一大盆水呢?這是因為它排開了更多的水,受到了足夠大的浮力!而這一碗水,只是剩下了的。
因此,如果我們選用一個外形和船體相同的容器,將船體放進去,只要加入一碗水,就足以將船浮起來了!
浮力在生活中普遍存在,只要留意觀察,你一定會有更多收獲!