73.番外 另一种相遇 (2/4)
在研究物体的浮沉条件时,有个同学无意中发现了一个有趣的现象:把一塑料尺子竖放(或侧放)在水面时,发现尺子迅速下沉了;而当他把尺子平放在水面时,即可发现尺子漂在水面上。
竖放(或侧放)尺子在水面上时,尺子下沉,是由于尺子所受的浮力小于它自身的重力而引起的;那又为什么在平放尺子时,它却是漂浮在水面上,若按物体的浮沉条件,物体漂浮时浮力可是等于重力的呀。这两者岂不自相矛盾了吗问题症结在哪里呢
在高中物理教材第一册“固体和液体的性质”一章中,有一个小实验:要求学生用棉纸把缝衣针垫起放在水面上,当棉纸被水浸湿下沉后,观察现象并说明原因,很多同学认为缝衣针浮在水面是由于液体表面张力作用的原因,以为针受重力、浮力和液体表面张力三者相平衡而使针能漂在水表面上。
那么就让我们先来认识一下液体表面张力吧。
什么是液体的表面张力呢
液体表面附近的分子由平衡位置向外运动时,因为外部空气和蒸气分子对它的斥力很小。不起显著作用。它只受到内部分子的吸引力,因此使它恢复到平衡位置的作用力就没有在液体内部时大,使得表面层里的分子振动的振幅要比液体内部分子的振幅大,一些动能大的分予就可能冲出吸力范围,成为蒸气分子,结果形成表面层里的分子分布比液体内部的分子分布稀疏,分子之间的距离就比较大(r>r0)、正是由于液面分子分布较内部稀疏,分子间距r>r0,分子间引力占优势而产生了液体表面张力,由此可知,液体表面的张力实质是分子间相互作用的合力,它指向液体内部,可见托起硬币的力不可能是液体表面张力。那么让我们再来看看浮力吧。
先让我们先做一个实验:
在一盛有水的烧杯的水面平放一张滤纸,把一枚面值一角的硬币平放在滤纸上,待滤纸被浸湿而下沉后,发现硬币仍漂在水面上。注意观察硬币周围会发现水面向下凹陷,而硬币并未浸入水中,只是漂在水表面上。由此可见,此时硬币并未受到浮力作用。那是什么力与重力相平衡而使硬币漂在水面上呢
由上一实验现象可知,水面向下凹陷,发生了形变,从而产生了一个与形变方
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