问题: 阿基米德浮力原理及其”物体的沉浮条件”可以休矣
古希腊有个故事说:学者阿基米德为了判断由金匠打造的一顶皇冠的 含金量,却为由于不能准确的测定它的体积而苦恼。最后因洗澡看见水溢出浴桶而受到启发,想出了把皇冠放入水中,然后收集所排出的水来确定该皇冠体积的办法,从而完成了任务。
从这里大家可以清楚的看到,这一过程与所谓浮力是毫无关系的。可是不知道从什么时候起,人们却牵强的把它称之为阿基米德浮力原理 (定律):“浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体所排开的液体的重量。”——虽然它在今天的中学物理教材中占有不少篇幅,但是它对人们的生活、生产和科研活动却没有任何指导意义,相反却在很大程度上搅乱了人们的思想,防碍着人们的教学。例如:
一、停泊在江河湖海中的轮船,人们如何去收集它们所排开的液体来 确定其所受到的浮力大小?
二、该原理提示的方法也是烦琐的。今天人们只需仅仅根据牛顿第三定律就可知,物体有多重,其受到的浮力就有多大。如此人们还需要去考虑物体所排开的水的多少和重量吗...
三、更重要的是,由该原理派生出来的“物体的沉浮条件”——即“浸在液体中的物体,如果受到的浮力大于它的重量,物体就上浮;如果所受到的浮力小于它的重量,物体就下沉;如果所受到的浮力等于它的重量,物体就可以停留在液体里的任何深度的地方”的理论,是经不住推敲、站不住脚的。举个例子:一艘铁皮小船放在一个盛满水的盆中,根据上述沉浮条件得知,这时小船的重量M等于所受到的浮力F因而浮于水面,即F = M = 浮于水面。接下来我们向船体中注满重量为m的水,根据上述原理可知,物体所受到的浮力等于其排开的液体的重量,即小船因注水而增加的重量,与小船下沉而 (排开掉的液体的重量)受到的增大的浮力f,大小始终是相等的,即m=f;虽然如此,这时小船受到的浮力仍然等于小船的重量,即F+f=M+m=浮于水面。可是,这时小船却没有能够继续浮在水面上而却沉入了水中......!对此,上述理论如何解释?
根据以上种种理由,本文认为,所谓阿基米德浮力原理及其“物体的沉浮条件”理应从教材中予以删除,在这里有‘密度决定沉浮原理’就足矣。当然,阿基米德用液体来测量不规则的固体体积的方法,今天还是值得借鉴的。
解答:
听你这么说,古希腊阿基米德称皇冠的故事与浮力定律联系在一起确实有点牵强。
但是你提到的铁皮小船的例子,我个人觉得值得商榷。当小船刚好注满水的时候,船受到的浮力仍等于小船重量加上船里面水的重量吗?不是的。船受到的浮力会小于小船重量加上船里面水的重量。而这跟阿基米德定律是不相违背的,细心算一下就知道了。
如有错漏,请指正。^-^
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