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10N水能不能浮起20N的物体

【作者:张教员,编号66377 点击数:3793 更新时间:2014-07-14 10N水能不能浮起20N的物体?严格化一下:在确定的重力加速度g=10的地区,质量1kg、密度1kg/L的水(这时它受的重力即为10N),有没有可能浮起重力为20N(即质量2kg)的物体?扩展开就是,水能否浮起比自身重力大的物体。

大量同学认为,总重力10N的水,是无法浮起20N物体的,因为浮力=排水重量,10N的水,排水重量不可能大于10N。这是经典错误。

排水体积,实际上是把物体浸到水里,液面以下的物体占据的体积,这个体积,和本来有多少水没有直接关系,完全可能出现周围的总水量很小,但液面下物体体积很大的情况,只要周围水层够薄就可以了。

举个例子,我们把冰块和密度大的石头冻在一起,总之让他平均密度是1kg/L,和水一样,体积2L,质量2kg;然后取来3L水的水杯,装满3L水,把混石冰块轻轻放入水中,当冰块没入水面下,杯子里的水只有1L,里面悬浮着2L的混石冰块。这就是一个10N的水,浮起20N物体的例子。
观察这个例子,同时可以彻底认清排水体积的概念,尽管周围的水只有1L,但排水体积可以大于1L,里面的混石冰块的排水体积就是2L。

用混石冰块,只是为了防止转不过弯,以及纠结于液体的流动,有足够抽象能力,就可以意识到,其实,3L的水,本身就是周围1L水,浮起了中央2L水的例子——中央2L的“水块”,重力20N,浮力20N,这大于自身重力的浮力,就是周围的水提供的。

还可以设计各种浮起自身重力以上物体的模型,在这个题目的网络论战中,有公式,有画图,有实验党的视频,非常丰富。

在这个讨论中,引申提出了一个问题:那么10N水能浮起的物体的上限是多少?

如果把水看做无限可分的连续介质,那么理论上是无限大;当然,实际上水是由水分子组成的,大约10纳米量级,不是连续介质,因此,实际中不会是无限大。单分子层不能提供浮力,周围的水层太薄了,是无法产生浮力的。
 

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