第四十章形狀對浮力的影響

桌子上有個玻璃瓶,里面裝了少許水。還放了片老冰棍的木棒。水川米指著木棒說︰木頭比水輕,為什麼木棒沒有漂浮起來?

瑪格麗塔說︰這個很容易理解。形狀在起作用。在這個情景中,玻璃瓶的形狀和木棒的形狀決定了木棒只能立在玻璃瓶內。在瓶子中,形狀力的方向和重力重合是向下的。它們的合力的方向與浮力相反,正好把浮力全部抵消掉了。所以,木棒是沉下去的。

其實,本質原因就是瓶子的底面半徑是小于木棒的長度。浮力是水面的力,自然無法涉及到水下。因此,浮力就對水下木棒起不到作用。

還有一種解釋就是木棒直接接觸了空氣,形成了一個密度梯度。由于木棒比空氣重,所以木棒要下沉。木棒比水輕,水又會讓它上升。空氣的量遠遠多于玻璃瓶中的水的量,因而木棒下沉到底部。

杜埃尼亞斯說︰與形狀有關自然是沒有爭議的,關鍵的是形狀如何影響水的浮力。瑪格麗塔說空氣對木棒有影響,這是真的。但是,我覺得浮力和物體與水的水平接觸面有關。為什麼是水平接觸面而不是就是接觸面呢?大家知道當物體的密度比水輕時,就會漂浮到水面上。為什麼不是不是水中,而是水面上呢?我猜想在水中存在一個浮力梯度。每個水平面對應一種浮力值。越往上浮力越大,而水面上的浮力自然最大。由于每層水平面的浮力不同,就形成了浮力差。浮力小的水平面無法支持物體,就推向上面一層的水平面。循環往復,最終物體就到了水面上。

那麼,木棒為什麼下沉到玻璃瓶底部了?這是因為物體與水的水平接觸面面積太小,導致浮力根本無法起作用。有次我把無針注射器放入玻璃瓶里,注射器居然可以上浮一段高度。這就說明水平接觸面才是影響水的浮力的真正原因。

六子風來見狀說道︰我想水中一定有雜質,影響了水的浮力。我覺得是雜質的散亂分布造成浮力無法對物體施加真正的明顯影響。

水川米說︰我玻璃瓶中的水都是干淨的,來自飲水器。我可以保證里面沒有一點雜質。

瑪格麗塔卻說︰雖然雜質不是浮力無法顯現的主要原因,但是卻是一個不可忽視的小原因。當然,少許的雜質對浮力的影響是很小的。

杜埃尼亞斯反駁說︰誰告訴你們雜質會減少水的浮力?當雜質增加時,溶液整體的密度就會增加。而密度差也會相應地加大,浮力自然更會加大。

瑪格麗塔又說︰雜質分很多種,不一定會增加溶液的整體密度。如果雜質是不可溶解的,那麼雜質只會降低水的浮力……

水川米拍了拍手,說︰好了,我們不在這個問題上糾結了。這個問題暫且擱置,等待合適的時機我們再來討論它。

故事有開場,也有結尾。大家看,時間到了。那麼,就如此吧!

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