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【实验党】1千克的水能浮起2千克的木头吗?

(2014-11-13 23:05:45)
标签:

杂谈

1千克的水能浮起2千克的木头吗?

这个问题,前一阵子曾经在天涯引发了一轮全民参与的物理大讨论。今天看到这个问题出现在了果壳问答里(http://www.guokr.com/question/97058/)。那么到底是能,还是不能呢?我们不妨从理论和实际实验两个方面来看一下。


理论(对于已经知道了的人可以忽略这段):


木头能不能浮起来,取决于它受到的浮力是否大于其自身的重力。
重力=重力加速度×木头质量
浮力=重力加速度×水的密度×木头排开的水的体积
水的密度×木头排开的水的体积=木头排开的水的重量。
因此,只要木头排开的水的重量可以等于木头自身的重量,这块木头就可以浮起来。


问题的关键在于,木头排开的水是否等同于容器里的水量。


举个例子:同样是半浴缸的水,一个瘦子躺进去,水面上升了一些;让瘦子出来,胖子进去,水面会上升的多一些。并不是胖子进去后让浴缸里的水增加了(除非他尿在里面了。。),而是胖子占据了更多的体积,我们说,他排开了更多体积的水。浴缸里的水,只是填充在了人体和浴缸内壁之间的空间里。


1千克的水能不能浮起2千克的木头,取决于木头和容器的形状。如果木头和容器形状差别太大,比如一个底面积很大的盆里放一块木头,由于水深不足,木头是浮不起来的,轮船就是这么搁浅的。但是,这并不代表着1千克的水没有浮起2千克木头的能力,只不过条件不合适罢了。如果木头和容器的形状非常贴合,理论上说,只需要一点点水就可以浮起木头了。


实践


1千克的水能否浮起2千克的木头,这个问题可以简化为x克的水能否浮起2x克的木头。

材料:一个木质(竹子)小笔筒,一个400mL容积的烧杯,水,天平


1. 称一下木笔筒的重量:76.58g


2. 称一下烧杯空重,133.88g(其实没必要)


3. 木笔筒重量的一半是38.29g,于是我们在烧杯里加入了大约同量的水:38.06g


4. 对比一下,76.58克的木头,和一杯38.06克的水。尽管刻度不够精确,但是我们可以知道,38.06克的水的体积大约是38毫升。


5. 见证奇迹的时刻:水把两倍于其自身重量的木头给浮起来了。。。细心的话,你可以注意到,这时候水面的高度大约在115毫升的位置上。也就是说水面以下的体积大概是115毫升。其中水占了38毫升,剩下的77毫升,就是木头排开的水的体积。这部分水的重量,忽略各种误差的话,正好是木头自己的重量。这77毫升的体积才是木头排开的水的体积,这个体积与原来那38毫升水没有关系。


6. 等等,你怀疑照片里的木头并没有浮起来? 那么我们在木头上加一重物(盛满了水的小瓶子),明显可以看出这次木头才是真的被压在水底了。注意和前一张图中,水面高度的变化。


结论:只要容器和物体形状合适,一定量的水可以浮起大于其自身重量的物体。

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