五千年(敝帚自珍)

主题:谈谈浮力 -- 给我打钱87405

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      • 家园 商榷几点

        第一,鸡蛋悬浮实验。不知兄台是否实际做了这个实验,从文字上看,可能存在密度不均匀的问题。盐加进水里会首先沉底,再慢慢溶解,形成底部密度大、上部密度小的情况。这就会造成你文中所说的,加盐后鸡蛋仍然悬浮但深度变浅的现象,这恰恰验证的经典浮力理论的正确性。因为底部的盐水密度大,只需排开较少的体积就可以提供同样的浮力,于是会把鸡蛋向上托一点。不妨每次加盐后轻轻搅拌一下,让密度均匀,看看是不是不同密度都能稳定的悬浮,才可以验证浮力理论的正误。

        第二,浮力理论并非没有验证过,潜水艇就是通过调整自身的平均密度来实现悬浮的,航行中万一遇到密度突然减小的水域,还会发生类似坠崖的危险。

        第三,如果忽略物体的变形和液体的压缩,浮力和深度无关。抹香鲸在海面换气,可以下潜到超过两千米的深度,浮力始终等于体重,也就是其身体排开的海水重量。

        第四,浮心和重心是两个概念,前者是浮力的合力中心,后者是重力的合力中心,二者不一定重合,比如船舶的浮心必须在其重心之上,以保证不翻船。

        最后,推出浮力定律的隔离置换法并无问题,分子层面的运动不影响结论。假想在水中隔离出一团形状,并置换成等密度的固体,其区别无非是分界面上是否存在水分子的穿越。两边都是水的时候,平衡状态下,一个水分子过来,必然对应另一个水分子过去,二者互相抵消,宏观统计效果相当于没有分子来往,和固体界面没有区别。

        通宝推:铁手,
        • 家园 我看了主帖后第二天做的实验,再细说一下。

          图在下面那个帖子里,不再帖了,按顺序称图一图二……

          1、把生鸡蛋(楼下有河友问生鸡蛋熟鸡蛋受精否)扔进有清水的杯子里,鸡蛋直接沉入杯底。然后往杯里加盐(超市买的加碘盐),搅拌。这样搞很麻烦,还容易把鸡蛋搞破。

          2、把鸡蛋捞出来,直接往杯里倒了小半碗盐,搅拌。让盐水接近饱和。把鸡蛋放进去,鸡蛋漂浮在上面,往杯里缓慢加清水(自来水),让鸡蛋逐渐下沉到刚好悬浮。这就是图一。

          3、把刚好进入悬浮状态下的鸡蛋往深了按,我以为鸡蛋会随遇而安,没想到它飘起来回到了前面的高度。(忘了是否再搅拌没)

          4、再往杯里加清水,观察到鸡蛋下沉,由于没控制好水加多了,鸡蛋直接触底。于是再缓慢加盐让鸡蛋恰好浮起,第二次悬浮。这是图二。

          5、为了好好观察鸡蛋是否随意位置悬浮,再稍加了一点盐,让鸡蛋近乎悬浮于杯中部,这是图三。在这个位置多次搅拌盐水、好好观察了一番:鸡蛋的上下位置是稳定,水平位置任意。

          ==============

          希望有人重复一下这个实验,看看是否观察到相同的现象。

          鸡蛋是不均匀不密封的固液气混合物,干扰因素太多。如果有一个均匀的塑料球做实验就好了。

      • 家园 总是很佩服有勇气去修改初中课本的人

        纯粹的物理是和数学类似,有无数的假设和理想物体存在的...

        你这个拿个鸡蛋加一杯盐水就要重新订立初级物理的勇气真是了得

        民科名大师?

    • 家园 你漏了一个最重要的关键因素

      水的密度不均匀,越到深处,水的密度越大

      原因是因为水收到的压强增加,水的密度就会增加,水不是不可压缩的

      • 家园 鸡蛋壳表面有气,盐水有粘度

        粘度越大,排气越难。加上你说的液体压缩问题。数值都很小,但特定条件下影响会表现出来。

        日常物理机械计算,用量子力学而不用牛顿力学,不是水平高,是蛋疼。

      • 家园 那点压缩程度太玄了吧

        尤其是鸡蛋实验能够涉及的最多一尺深度范围里

      • 家园 水下深度每增加10米,便会增加约1大气压的压力

        1标准大气压约10.3米水柱

      • 家园 另外我可能 要解释说明一下

        物理公式是描述,而不是解释,是【知其然】范围,并不在【知其所以然】范围。所以,并非是用公式来分析,而是用公式来计算。用符号来建立公式进行描述,跟用文字进行描述,本质上并没有任何区别,但便利程度不一,同时,计算也分精确计算和模糊计算。比如,你提到液体密度会随深度变化而变大,那么用ρgV排来进行模糊计算,意思是说,盐水浓度为A时,某深度处密度为ρ1,当盐水浓度增加到B时,液体密度为ρ1抬升了。可是ρgV排并非是一个模糊计算公式,他还要进行精确计算。那么你的理论,进行定量分析了么?真的能真正解释为什么鸡蛋悬浮深度会随着盐水浓度而变么?

        说回原话,我主贴的本意,就是用这例子来说明,知其然和知其所以然在不同场景中效率不同。也就是说,通过鸡蛋实验来说明ρgV排这个知其然的公式并没有想象中那么高效,利用,以及“正确”。

      • 家园 任意位置悬浮的意思

        不妨理解为,把液体从内部抠一坨出来,置换一个密度相等、形状一样的固体进去。从密度和形状两个要素来看,相当于没有变化。自然,在任意一个地方抠这样一坨液体,置换进一个固体,都是悬浮状态。

        这个解释有毛病。液体分子跟固体分子不一样。静止液体,只是“表面”静止,或者说大于某个观察尺度是静止的。液体分子的运动方式比固体分子剧烈得多,但跟气体分子又不一样。所以抠出一坨液体,置换进去一个密度相等、形状一样的固体,还能像之样平衡吗?

        ρgV排这个公式显然只有相对小的使用范围。

        • 家园 为什么要有g呢,因为牛顿被苹果砸了

          1吨沙与1吨棉花,物质的质量 密度 比重 形态。磁悬浮如何?

          单位压强体显在支持面上。知其然,是相亲相爱不离不弃的作用力与反作用力。

          在万有引力也旁观的场合,牛顿坐下吃瓜。

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