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    “洗浴”得出来的原理

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      🌾袁隆平

      “给我一个支点,我能撬动整个地球!”想必这句话是我们再熟悉不过的了。这就是初二物理课本中阿基米德说的原话。一想到阿基米德,就不由自主的想到他的“阿基米德原理”(或许也会想到杠杆原理)。初中有不少同学为阿基米德原理而头大,表示我这初中物理的生涯还能够走下去了吗?坚持住,我敢说,阿基米德原理是初中力学较为困难的一部分。在我初中时,我在这里栽了不少跟头,当时的我很迷茫,不知道怎么去做题,怎么去跟“物体浮沉条件”联系到一起。为此我也总结了不少做题经验,那么我们步入正题,阿基米德到底是怎么发现这一原理的?

      在古希腊叙拉古赫农王让工匠做了一顶金王冠,他怀疑工匠用银子偷换了一部分金子,便要阿基米德鉴定它是不是纯金制的,且不能损坏王冠。阿基米德捧着这顶王冠整天苦苦思索,有一天,阿基米德去浴室洗澡,他跨入浴桶,随着身子浸入浴桶,一部分水就从桶边溢出,阿基米德看到这个现象,头脑中像闪过一道闪电,“我找到了!”。 阿基米德拿一块金块和一块重量相等的银块,分别放入一个盛满水的容器中,发现银块排出的水多得多。于是阿基米德拿了与王冠重量相等的金块,放入盛满水的容器里,测出排出的水量;再把王冠放入盛满水的容器里,看看排出的水量是否一样,问题就解决了。随着进一步研究,沿用至今的流体力学最重要基石——阿基米德定律诞生了。

      也就是说,物体所受到的浮力等于它排开液体的重力F浮=G排,经过进一步式子推导G排=m排g=ρ液V排g,这就是阿基米德原理。F浮=ρ液gV排。那么浮沉条件很简单,就是牛顿第一定律的一个延伸。以一个物块漂浮在液体上方(注意物块的运动状态),给它受力分析,物块所受的浮力等于自身重力F浮=G,所以才能达到二力平衡 静止在水面上。悬浮跟它的道理相同,也是F浮=G,达到悬浮状态。那么上浮呢,F浮>G,浮力大于重力,使物块产生向上的加速度(不明白加速度的同学可以自行省略,对本次推理影响不大。)使物块合力向上,使其上浮。下沉F浮<G,浮力小于自身重力,产生向下加速度,合力向下使其下沉。那么如何将“阿基米德原理”和“物体浮沉条件”联立到一起呢,下面是几道经典浮力小题,我们来一起分析。

      1.关于潜水艇是如何实现上浮下沉的?就拿潜水艇全部在液面一下为例,用阿基米德原理F浮=ρ液gV排,此时V排等于自身体积,其余都是不变的量,那么说明此时潜水艇的浮力是不变的。依靠潜水艇水仓吸水和出水,改变自身重力,也就是我上面说的物体浮沉条件实现上下浮动的。

      2.轮船由江入海问题。由于轮船始终漂浮在水面上的,此时就要先用浮沉条件F浮=G,那么由此说明此时浮力大小只与自身重力相关,只要自身重力不变,浮力就不变。那么再根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排,海水密度大于江水密度,F浮,g都是定值那么密度越大,V排就越小。也就是说,船由江驶入海里时排开液体体积变小,自然会在液面上上浮一些,反之也是如此。

      3.冰块融化液面如何变化。由于冰的密度比水小,始终漂浮在水面上。此时用浮沉条件没有什么意义,因为看液面变化就要求冰块融化后的体积与没融化是排开水的体积是否相等,若相等,那么冰块融化时液面是不变的。根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排,推倒出V排=F浮/ρ水g,再用浮沉条件F浮=G,把F浮换掉,成为了G冰/ρ水g,再把G冰换成m冰g,最终成为m冰/ρ水。再看冰融化成水的V水=m水/ρ水,由于m冰=m水,所以V水=m冰/ρ水。所以联立两个式子发现V水都一样,所以液面体积不变。(下面有手写的式子,不习惯的同学可以先看推导图片)

      4.关于密度计。由于求液体密度不方面,一般用密度计来测量,既然密度计漂浮在水面上,应用浮沉定理知道浮力始终不变,再根据阿基米德原理,密度越大,排水体积越小,密度计越往上浮,示数越小,测出液体密度。

      总之,题问的最终目的是什么,就要思考应用哪个解题方法,这就是物理学的精髓,也是其魅力其所在!

      [s-4]
      “洗浴”得出来的原理

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      🌾袁隆平
      想要读故事的同学看上半部分,想要了解做题思路的同学看下半部分,都想了解那就全看吧 [s-4]
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