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主题:谈谈浮力 -- 给我打钱87405

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家园 浮力第N+1季

制作浮沉子的关键在哪?

要回答这个问题,先需要复习一下。

气体的压强和其质量无关或者说在许多情况下可忽略其质量,在不考虑温度的情况下,对气压影响最大的是其体积。

而液体压强则与它的高度有关,帕斯卡裂桶实验已经向我们展示了这一点。

在视频中,两端封闭的浮沉子因受外部压力变大而被压缩,除了制作浮沉子的材料自身柔软这个要素之外,还有一个要点,那就是浮沉子中所封闭的气体,其压强小于1个大气压。这是如何做到的呢?【将塑料管中的空气稍挤出一些,再将另一端也封闭。】这是利用塑料管的弹性,由里向外的捏紧小一段,再将端口封闭。等端口封闭之后,用手将塑料管捏圆,此时内部气体略有膨胀,其气压将略小于1个大气压。而由于塑料管有一定的抗压性,外部空气气压尽管为1个大气压,却不能将塑料管压缩。塑料管内的气压略小1个大气压,发挥了重要作用。

为什么开口浮沉子的制作 相对要麻烦呢?这是因为先将小圆管开口向上放置,再往其中加入一些水,再用手指捏紧瓶口,此时气柱在开口端,液体在封口端。之后将圆管倒置过来,气柱换到封口端,液体换到开口端。这个时候,管内气压该是大于1个大气压还是小于1个大气压呢?这就需要我们来做分析了。

点看全图

有三种情况,图中只画两种,A和B。

A情况是小管漂浮于水面时,管内液面高于外液面。这意味着管内气压要小于1个大气压,Pa+ρgh1=Po,Po为大气压强。

B情况是小管漂浮于水面时,管内液面低于外液面。这意味着管内气压是大于1个大气压,Pb=Po+ρgh2。

那么没画的情况C就是管内液面恰好与外液面相齐了,管内气压与外部气压相等。

眼尖的指出,图画得不严谨。既然A情况中管内气压小于1个大气压,为什么它的体积比B还要小呢?质量相等的气体,体积越大,气压越小。没错,这恰好就是制作开口浮沉子的关键。

如果要得到A,一方面管内气压小于1个大气压,另一方面体积也小,就意味着气体质量要小。这需要借助一些工具才能得到。同理,B情况中,管内气压较大,体积也较大,意味着气体质量大。手动难以实现。

因此,要制作 一个开口浮沉子,若找不到合适的材料和工具,往往要靠运气。

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