論物體上浮至漂浮所受浮力與重力的關係

2021-06-28 00:15:31 字數 1381 閱讀 3034

注:這是我在八年級寫的一篇科技小**,在此重溫一下,以鼓勵自己今後的hku phd科研之路——苦盡甘來,孜孜不倦。

之所以研究物體上浮至漂浮所受浮力與重力的關係,是因為我觀察到的現象並從中得出的結論與書本中所描述的有關知識不一樣。經過我的認真觀察和分析,我認為書本上所講述的有關這方面的知識有一定的缺陷。既然認為有缺陷,我們就應尋找正確的說法。

眾所周知:浸沒於液體中的物體由於密度小於液體的密度會上浮,直至漂浮於液面。問題就在於在這一過程中物體所受浮力與物重的大小關係如何變化。學過物理中《浮力》這一節的人都知道:在上浮過程中,浮力不變,但大於物重;露出液面時,浮力逐漸減少,直到漂浮時才與重力形成一對平衡力,即f浮=g物。上面所述可以參見棲霞市八年級06——07學年度下學期單元過關題《初三物理第七章·測試題a》中第22題的第二問的答案。其問號是:「小明把擰緊瓶蓋的小空瓶整體壓入水中某深度後放手,小空瓶上浮並最終靜止在水面的過程中,浮力大小如何變化?」這個問號的正確答案是:「露出水面之前,浮力大小不變,開始露出水面到靜止在水面上的過程中,浮力逐漸變小,最後浮力大小與重力相等。」由此可見在上浮至漂浮這一過程中物體所受浮力沒有小於重力的時候。查閱網際網路和一些相關資料,我發現關於這方面的知識都趨於一致。可我觀點卻與它們背道而馳。

現在我將乙個蘋果整體壓入盛滿水的水桶底部後放手,觀察蘋果的運動情況。可以發現:它快速上浮,而且露出水面後達到不再上公升的程度時(我叫這一過程為「一級上公升」),其大約一半的體積露在外面,但此時並不是漂浮。緊接著蘋果又往水中浸入了一小部分。接著又上公升了一小部分(這一過程為「二級上公升」)……往復數次之後,蘋果終於漂浮在水面上,可以發現此時此刻露在外面的部分明顯小於在一級上公升達到最大程度(或「一級上公升極限」)時露在外面的部分,甚至也小於二級上公升……所以物體漂浮時所排開的液體的體積要大於一級上公升極限時所排開的體積,即在漂浮時物體所受浮力f浮'大於一級上公升極限時所受浮力f浮''。而在漂浮時,g=f浮',所以g>f浮'',即在上浮至漂浮這一過程中浮力有小於重力的時候,在露出水面到靜止於水面這一過程中浮力並不始終都是在減少的。

不僅蘋果實驗如此,我認為凡浸沒於液體中能上浮的物體都會產生這種現象,只是有的明顯,有的不明顯罷了。可見,書本等相關資料關於這方面的知識沒有給出乙個貼切實際的說法。

那又是什麼原因造成這種現象呢?我認為在上浮過程中物體受到浮力的作用而向上運動,所以物體具有一定的慣性,在露出液面後受慣性、浮力和重力地影響而產生了這種數公升數降直至靜止於液面的現象:在一級上公升過程中,受慣性和浮力的作用,使得物體在上公升到極限時所受到的浮力小於物重;在一級上公升極限時,由於所受浮力小於重力,所以便產生下降現象;當下降到極限時,又因為所受浮力大於重力,所以又產生上公升現象……由於物體與液體之間存在摩擦,導致上公升的高度越來越小,從而靜止於液面。

所以我最終的結論是:在物體上浮至漂浮這一過程中,所受浮力有小於物重的時候;而且在露出液面到靜止於液面這一過程中,浮力並不始終都在減少。只要我們善於觀察細微現象,勤於思考,我們也會有所發現的。

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