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    浮起來

    2021-09-30 00:49:28南京市玄武高級中學張軍
    科學大眾 2021年20期
    關(guān)鍵詞:潛水艇回形針橡皮泥

    □文/南京市玄武高級中學 張軍

    “北斗”太空列陣,“奮斗者號”萬米深潛,“天問一號”火星著陸……中華民族正在復興之路上披荊斬棘,奮勇前行。提升創(chuàng)新能力和實踐本領(lǐng),做優(yōu)秀的接力手,是無數(shù)青少年的光榮夢想。本期開始,張老師將帶你一起“動手做科學”,剖析科學事件,解讀科學現(xiàn)象,關(guān)注科技發(fā)展,領(lǐng)悟科學道理,完成科技制作。新奇趣體驗、學思行結(jié)合,助大家快樂成長!

    浮力是生活中平凡無奇、時??梢钥匆姷奈锢憩F(xiàn)象,浮力知識對人們的日常生活、生產(chǎn)技術(shù)和科學研究有著廣泛的現(xiàn)實意義。但是,你真的了解浮力嗎?書本上的知識點也許讓你覺得有些枯燥,那不妨來做做下面的幾個浮力小實驗,一定能讓你對浮力的理解更加深刻。

    乒乓球掉到水里,會浮在水面上。即使你把它按到水面下,當你松開手,它還會浮上來。這是因為在水下時,乒乓球受到的浮力大于它所受到的重力。或者說,是因為乒乓球的密度小于水的密度。

    (實驗1:乒乓球按到水下還會浮上來)

    我們經(jīng)常見到植物油浮在水面上、木頭浮在水面上,那是因為植物油和木頭的密度小于水的密度。那么,輪船呢?輪船可是鋼鐵制造的,它們也能浮在水面上,因為它們的平均密度也小于水。

    如果把一團橡皮泥放到水面上,松開手,它就會沉下去,因為橡皮泥的密度大于水。那么,怎樣才能讓橡皮泥浮在水面上呢?很簡單,把橡皮泥捏成一個小碗,就可以浮在水面上了。中空的橡皮泥可以排開更多的水,受到的浮力變大了;或者說,把橡皮泥和它的中空部分看成一個整體,這個整體的密度小于水。鋼鐵制造的輪船能浮在水面上,也是這個道理。

    (實驗2:讓橡皮泥浮到水面上)

    生雞蛋丟到水里,也會沉下去。有什么辦法讓雞蛋浮上來?總不能把生雞蛋捏扁了吧,那就打水的主意,把水的密度增大。在水中加鹽,邊加鹽邊攪拌,水就變成了鹽水。當鹽水的密度和雞蛋的密度相等時,雞蛋將懸?。u蛋處于水面下方,保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài);假如觸碰到容器底部,雞蛋對容器底部不產(chǎn)生壓力);當鹽水的密度大于雞蛋的密度時,雞蛋就浮上來了。

    (實驗3:上浮的雞蛋)

    這也給了我們啟發(fā)。人如果落水,如何自救呢?要想辦法讓人浮在水面上。給水加鹽是不可能了,那就想辦法減小人的密度。盡量放松,讓身體松弛,可以減小人體的密度?;蛘弑M可能地尋找身邊的“空心”物體(其實就是密度遠小于水的物體),比如用衣服兜空氣,讓衣服鼓起來;比如找空的飲料瓶,越多越好,抱在懷里;比如抓住水面上的漂浮物,等等。

    潛水艇質(zhì)量從幾十噸到幾百噸不等,它們實現(xiàn)浮沉的方法、思路和上面講過的一樣。潛水艇在水下時,外觀體積不變,根據(jù)阿基米德原理,受到的水的浮力也不變(不考慮水密度的變化)。要想實現(xiàn)潛水艇上浮,就要讓自身重力小于浮力,或者讓自身平均密度小于水的密度。潛水艇的兩邊有儲水箱,用壓縮空氣將儲水箱里的水擠出艇外,這就相當于變成了“空腔”,潛水艇的質(zhì)量減少,重力小于浮力,或者說平均密度小于水的密度,潛水艇就浮出水面了。如果想沉到水下,就讓水注滿儲水箱,這時潛水艇所受的重力大于浮力,或者說平均密度大于水的密度,潛水艇就下沉了。當然,也可以調(diào)節(jié)儲水量,讓潛水艇懸浮在水中,就像通過調(diào)節(jié)鹽水密度讓雞蛋懸浮一樣。

    下面,讓我們自己動手做兩個“潛水艇”,讓它們下沉或上浮。

    “吸管潛水艇”

    用剪刀將彎頭吸管的彎頭部分剪下來,彎曲一下,使兩個開口端并到一起,用回形針夾住兩個開口端,固定到吸管上?;匦吾樕线€可以再掛住幾根回形針。找一個空的塑料瓶,倒入大半瓶水,將吸管和回形針的組合從瓶口放進水里。觀察一下,如果回形針沉下去了,就取出來,去掉適量回形針;如果回形針露出水面太多,就取出,再增掛適量回形針。直到吸管漂在水面上時,剛露出一點點。這時把瓶蓋擰上,一個“潛水艇”就做好了。從外面擠壓瓶子,瓶內(nèi)水面上方的空氣被壓縮,氣壓增大,會把部分水壓進吸管內(nèi),這就相當于向儲水箱注水,吸管會沉下去。把手放開,塑料瓶由于具有彈性恢復原狀,瓶內(nèi)水面上方的氣壓相對減小,吸管內(nèi)的氣壓會把部分水壓出吸管,這就相當于儲水箱內(nèi)的水被排出,吸管就浮上來了。

    (實驗4:“吸管潛水艇”)

    “小玻璃瓶潛水艇”

    取一個小玻璃瓶(比如裝口服液的小瓶子),玻璃瓶要能放入塑料瓶中(可以取大一點的飲料瓶)。塑料瓶內(nèi)裝入大半瓶水。在小玻璃瓶內(nèi)裝入部分水后,口朝下插入塑料瓶中,讓玻璃瓶能豎直漂浮。然后,擰緊塑料瓶蓋子,在塑料瓶外側(cè)用力擠壓,看玻璃瓶能否下沉,如果能下沉了,說明制作成功。當松開手時,玻璃瓶就會浮上來。假如玻璃瓶倒著插入水中時沉下去了,說明玻璃瓶內(nèi)的水偏多,取出來,適當減少水量。假如玻璃瓶不能豎直漂浮,或者擰上塑料瓶蓋在外側(cè)用力擠壓而玻璃瓶不能下沉,說明玻璃瓶內(nèi)的水量偏少,再取出來,適當多加點水。嘗試幾次,你一定會成功的。它的原理和“吸管潛水艇”原理相同。

    (實驗5:“小玻璃瓶潛水艇”)

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