1公斤的水能使2公斤的鐵浮起來嗎?
能!
在我的回答前,已經有了很多個回答,這些和我同樣回答能的,也都注意到了能的前提條件之一:必須將鐵加工成空心物體使鐵的平均密度小於水的密度。
多年以前,我在百度知道里回答過這樣一個問題:一公斤的水能否產生兩公斤的浮力?答案依然是:能!
所以今天這個問題實際上相當於下面兩個問題的結合:1、一定質量水是否能夠產生大於水本身質量的浮力?2、水是否能夠浮起密度比水大的物質?
我們把問題的本質搞清楚了,所以答案也就出來了。對於第一個問題,我們可以通過設計裝水的容器的形狀和要被水浮起來的物體的形狀,就可以獲得比水本身體積大得多的「被排開的水的體積」。例如:製造一個內徑為1米,高也為1米的圓柱形桶,再製造一個高為1米,直徑為999毫米的塑料(一般的塑料密度都是小於水的)圓柱。先在桶里放一公斤水,然後把塑料圓柱放入桶里,則水被擠壓,從塑料圓柱和桶的狹縫裡升得很高,同時塑料圓柱也被水浮起來了。
對於第二個問題,解決的辦法大家都說過了,把鐵做成空心球體,使鐵球的平均密度小於水就成了。所以我們就把兩公斤鐵加工成我前面例子中的直徑999毫米的空心圓柱體,就可以被一公斤水浮起來了。
解答完畢,希望提問者可以解惑。
浮不起來!(記得看評論啊!評論裡面乾貨多)浮力大小受到浮力的物體的形狀沒關係,只看他排開液體的重量就可以判斷浮力。要產生兩公斤(不去扯公斤牛頓的概念了)浮力就得排開兩公斤的水!
根據阿基米德定律,浸在液體里的物體受到豎直向上的浮力作用,浮力的大小等於被該物體排開的液體的重力。
F浮=G排
有人說把鐵做薄做成空心球,做成薄片,這些都只是形狀改變,都浮不起來!
最後說一個阿基米德定律的疑問,傳說阿基米德用他發現的定律證明王冠不是純金而是摻了其它金屬。
但有人認為王冠重量太小,摻雜其它金屬造成的體積變化不大,很難測量,所以這個故事是編造的。你認為呢?
取一個長方體的容器,底面是10×10厘米,高16厘米。容器里倒1斤水,即0.5升。製造一個長方體的空心鐵塊,鐵塊質量2斤,即1千克,體積為9×9×13厘米,即1053立方厘米。可知空心鐵塊的平均密度約為0.95,比水小,可以浮在水面上。然後把鐵塊放在容器里,鐵塊和水總體積1553立方厘米,小於容器的1600立方厘米,不會有水溢出。實驗完成,1斤水浮起了2斤鐵。
如圖,方框填充部分為密度0.95的空心鐵塊,如果理解不了,可以用同樣密度的實心高壓聚乙烯代替。斜杠填充部分為水。有些人認為鐵塊浮不起來,那麼請問密度0.95的物體是怎麼在密度1的水中沉底的?
如果還是堅持鐵塊會沉底,那就假設容器提高到36厘米,倒進去2.5升水,能浮起這個鐵塊沒爭議了吧?這樣浮起的鐵塊漂在容器的上16厘米範圍內,礙得著下邊的20厘米什麼事了?按有些人的理論,水只要比鐵塊質量小就會沉底,那就從這個36厘米容器的底部抽水,抽出1.499升啥事沒有,再抽0.002升鐵塊就刷的一下沉底了,再把這0.002升加回去又漂起來了。有人見過這麼奇葩的現象?
如果還有人不明白,回憶一下夏天有沒有喝過整個凍成冰坨的礦泉水。冰會從外到內慢慢融化。當裡邊的冰開始浮起來的時候,把水倒出來稱稱,看看到底是水重還是瓶里剩下的冰塊重。冰的密度是0.9,比我設想的空心鐵塊略小,但並不影響結論。要是還有人說裡邊冰浮不起來,那就是太沒有生活了。
以上,光靠理論已經無法說服某些自稱是高三物理老師的人了,有些人固執的認為,想要產生1升排水量,必須有超過1升水放在那等著排,所以水不能浮起超過自身重力的物體。這種想法完全混淆了「排開的水」和「剩餘的水」的概念,比如上邊的鐵塊實驗,「排開的水」是1.053升,「剩餘的水」是0.5升。而「排開的水」事實上是並不存在的,它是為了便於理解阿基米德原理而引入的一個假想的概念。
接下來我們用實驗驗證,水到底能不能浮起比自身更重的物體。
鐵盆實驗
1.選兩個同款鐵盆,稱得鐵盆單重為189克。
2.往鐵盆1里倒入少量水,稱得總重為315克,即水重126克。
3.把鐵盆2放在水上,可以看到盆浮起來了。圖三是加水前,圖四是加水後,可以明顯看出已經浮起來了。
4.實驗結束,126克水浮起了189克鐵。
結論:水可以提供比自身重力更大的浮力,或者說,水可以浮起比自身質量更大的物體。
要點:1.漂浮物的平均密度要小於水,或者像本實驗這樣是凹陷的。
2.水能不能浮起比自身質量更大的物體,關鍵在於容器的形狀,要與漂浮物的形狀相匹配。前邊設想的空心鐵塊實驗和礦泉水解凍實驗都符合容器與重物相匹配的原則。
3.可能有人覺得圖4不夠明顯,但是已經足夠證明鐵盆2浮起來了。如果浮不起來,那現象應該是鐵盆2把水從兩盆之間擠出來,然而並沒有一滴水被擠出來。
4.還可能有人會誤以為是液壓的作用。液壓發揮作用的大前提是必須有封閉空間,然後壓縮液體。然而這是兩個大小形狀完全一樣的鐵盆,上下已經分離開,哪裡能形成封閉空間呢?
實驗完畢。
多說幾句,如果按照航母水線以下部分的大小形狀挖個防水游泳池,把航母嚴絲合縫的坐在這個游泳池裡,只要游泳池的深度超過航母吃水線的高度,倒進去一茶杯水就能讓航母浮起來。浮力歸根結底是水的壓強提供的,而水壓只和水深有關,和水的總量無關。
這問題真的很有創意,第一感覺想都沒想,肯定浮不起來嘛,兩公斤的鐵要排開兩公斤的水才能浮起來,水只有一公斤,怎麼浮起來,看了幾個人的回答自己又想了想還真的是。。。可以浮起來!
我們要注意,是鐵排開的體積的水的重力要等於鐵的重力,什麼是排開的水?就是鐵在水平面以下造成一個凹窪的這麼一個形狀體積,以水平面為橫切面,只要這個體積里,把它盛滿水,能等於鐵的重力就可以了,所以只要做出一個形狀特殊的容器,比如,鐵是一艘船的模型,我們做一個這個船在河裡穩定漂浮起來後在水裡所造成的水下凹窪模具,就相當於船穩定漂浮後,把水凍住,讓水結冰,然後把船取出,就留下了一個形狀凹窪,把容器做成成比例稍微大那麼一點點的形狀就可以了,這樣把船放進去,船與容器之間的間隙正好可以用水來填充,這個間隙可以很小,也就是水層很薄,甚至成水膜,小到一個水分子大小,這樣,船與容器並未直接接觸,是由浮力撐起來的。理論上,水可以鋪開成的形狀能包住多大體積的水,就能浮起多大重量的重物。
想的沒問題吧,我覺得沒問題。
這樣的問題碰到過。就過去有一位物理專家,同一伙人到山裡去,要經過一個小湖,用船運回礦石。在回來的船上有人就對物理專家提問題說,「如果把船上的礦石倒入湖中,湖水是會漲還是會降?」物理專家就回答說,「一樣,不漲也不降。」回答是錯誤的。湖水應該是下降的,但非常少。在說1公斤水能使2公斤鐵浮起來嗎?能,回答是肯定,只要1公斤的水能設置分布很薄的水膜,包住2公斤體積密度少於水密度的鐵箱,就能浮起來。但浮起距離也很少。阿基米德定律是,物體浸入靜止流體中的浮力,其大小等於該物體所排開的流體的重量。
我在很久以前回答過一個題目「1kg水能浮起3kg的木頭嗎?」現在把那個回答寫在下面:
浮力等於排開水的重量,排開水的重量這個概念與原有的水不是一個概念,應該說可以。很多人之所以會繞進去,就是這個題目有一種「腦經急轉彎」性質。排開的水與原本存在的水不是一回事。
如上圖,排開水的體積等於淺綠色陰影的體積,浮力就等於這個體積的水的重力。而原本藍色的水的體積可以看出,與排開水的體積根本沒法比。
這個問題開始我給出的答案有誤,主要是考慮水量太少,所以重新修改了答案,主要是給出一定量的水能夠浮起多重物體的考慮方法。我們把如題的一公斤水,攤開放在一個長方形的剛剛使水能夠均勻鋪滿一薄層槽子里,然後計算出這個面積能夠圍成的最大容積是多大,這個容積按照每立方分米一公斤計算出的重量就是能夠浮起重物的最大值。其實這以及不算是浮起了,因為已經等於落底了,但可以做參考,低於這個重量的物體就存在能夠浮起的可能性。
現實與假說區別在於,現實是實際存在,1公斤的水,到商店可以見到是瓶裝的,瓶子體積不是很大,將瓶子囗開到最大。如果鐵要與1公斤水有沉浮關係,鐵的外表形狀占空間體積必須小於瓶子的體積,如果將鐵的外表形狀占空間體積做成大於瓶子的體積,裝不進瓶子也就失去了與瓶子中水的沉浮關係。如果將鐵的外表體積做成小於瓶子的體積,也就是鐵的實體,浮不起來。
假說不一樣,它可以不受實際的約束,無邊界的思維,例如人造光速飛船。假說可以包含假的東西在裡面。你說它是假的,但它告訴你這是假說,又是真話。假說可以多種多樣,可以共存。但不能作為真理傳播。應明確告訴人,這是假說,就像看魔術表演一樣,在看之前就告訴人,這是假的。
我來裝B一下,做一個解答。
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言歸正傳。
先上圖
依據一直物理定理,假設物體要浮在水面上,必須滿足條件
物體重力G=水對物體的浮力F,物體的重力G=mg(m是鐵的質量,g為重力係數,任意物體在地球同一個位置的重力係數相等)。
物體的質量,是通常所說的重量,比如用斤或者千克表示。
又已知浮力F=pgV,p是水或者液體的密度,g是重力係數,V是物體的水面以下部分的體積,也就是排水體積。又已知物體的質量M=pV(密度x體積)。
所以浮力F=pgV=Mg。
要使物體浮在水面,要滿足物體的重力G=浮力F,
所以mg(m為鐵的質量即重量)=Mg(M為排水量)。比如通常說的美國航母的排水量6萬噸。
問答者給出的鐵的質量為2千克,可以假設把鐵製成桶狀容器,要滿足浮在水面,所以需要的排水量也要等於2千克,但是只給了1千克水。
所以一千克水是不會把2千克鐵浮起來的!
另外物體要浮在水面,還需要滿足另一個條件,即是吃水深度h<水的深度H。
一旦水深度小於或者等於物體吃水深度,物體擱淺。
比如輪船可以浮在海面上,如果遇到強風吹到淺灘水深小於吃水深度輪船擱淺。
在船舶專業面前我們還是小學生!
當然能。
物體受到水的浮力等於它排開的水的重力。
排開的水其實就是進入水中的部分,與原來水的體積無關,與水平面下物體的體積有關。
設想一下,要使2公斤鐵排開水的重力產生足夠的浮力,鐵的體積必須足夠大,也就是必須是空心,經過簡單計算可以得到其密度必須小於等於水(計算過程略過)才能實現。
實現過程可以想像,假設鐵球密度等於水,找一個和空心鐵外形鍥合,略大一點點的容器,將水灌入縫隙,由於縫隙極小,會形成一個很大的水膜,將鐵包起來,這時候鐵排開的水體積足夠大到能使它浮起來。如果縫隙足夠小,甚至不用1公斤水就可以將鐵浮起來。
所以,看似荒誕的問題,冷靜科學地分析,也許會有意想不到的答案。
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