卫星里的液体

卫星里的液体

一般认为，浸在液体中的物体，都会受到浮力的作用。其实，在某些特殊情况下，是没有浮力的。

一个下表面光滑的物体，紧紧地贴在光滑的容器的底部（容器内盛有液体），就没有受到浮力。

这是什么缘故呢？

物体的下表面光滑，又是紧紧地贴在光滑的容器的底部，在接触面处是没有液体的。于是，物体只受到液体向下的压力，而没有受到向上的压力，浮力便不存在。

此时的物体，不但没有受到浮力，反而有“沉力”作用，如图2-11所示。

图　2-11

如果有兴趣，你可以做个小实验：取一片平整的铜皮，用细砂纸将一面磨光。然后，把它放在盛有水银的底部平整光滑的容器里——由于铜的密度比水银的密度小，它漂浮在水银面上。把铜片（光滑面向下）紧紧地按在容器的底部，松开手后，它便一直沉在下面，不会浮上来。

遨游在水中的潜水艇，不能停泊在含有泥浆的海底。否则会浮不上来的。据报道，在潜艇活动的初期，有几艘就是这样失事的。

人造卫星环绕地球旋转，卫星里液体中的物体，也没有受到浮力。这又是什么道理呢？

因为，卫星绕地球旋转，里面的物体就失去重力（此时的地球引力，使里面的物体的速度方向，时刻在发生变化）。人要是在卫星里，脚只要轻轻一蹬，就会像神话中那样，“上不着天，下不着地”，悬在半空中。同人一样，卫星里的液体，也失去重力。

既然，液体失去重力，它的内部就不存在由于重力所引起的压强。浸在里面的物体便不会受到压力。于是，也就不存在浮力。不管把物体放在什么位置，都处于平衡状态。

［选择］　1﹒把边长为10厘米、表面光滑的正方形铁块，放入盛有密度为0﹒8×10³千克／米³的煤油的容器里。如果铁块和容器的光滑底部紧密接触，铁块受到的浮力为：（A）7﹒84牛；（B）0；（C）76﹒4牛；（D）9﹒8牛。

2﹒相同的三个实心铝球，分别放在三种液体中，如图2-12所示。A球在液体1中，对容器底部有压力；B球悬浮在液体2中；C球漂浮在液体3的表面。它们受到浮力的大小关系是（　　）

图　2-12

A﹒F_bA＝F_bB＝F_bC　　　B﹒F_bA＜F_bB＜F_bC

C﹒F_bA＜F_bB＝F_bC　　　D﹒F_bA＝F_bB＜F_bC

3﹒上题，三种液体密度的大小关系是（　　）

A﹒ρ₁＝ρ₂＝ρ₃　　　B﹒ρ₁＜ρ₂＝ρ₃

C﹒ρ₁＝ρ₂＜ρ₃　　　D﹒ρ₁＜ρ₂＜ρ₃

［证明］　1﹒一块0℃的冰，放在盛有0℃水的容器中，如图2-13所示。请证明：冰融化后，水面高度没有变化。

图　2-13

2﹒一块0℃的冰，放在盛有0℃水的容器中，如图2-14所示，冰对容器底部有压力。请证明：冰融化后，水面升高。

图　2-14

参考答案

（第18页）［计算］9．8牛，9．8牛

（第19页）［计算］F_b＝ρ₁V₁g＋ρ₂V₂g

（第22页）［选择］1﹒C　　2﹒B

（第23页）［选择］1﹒B　　2﹒C　　3﹒D

［证明］1﹒冰块漂浮在水面，重力和浮力平衡，如图2-15所示。有

图　2-15

G＝F_b。

根据阿基米德定律，冰块受到的浮力等于冰块排开的水的重力。有

F_b＝G_排。

由上两式，得

G＝G_排　　　　　　（1）

冰块融化过程重力不变，冰块融化成水的重力等于冰块的重力。有

G_融＝G　　　　　　（2）

由（1）（2）式，得

G_融＝G_排。

设水的密度为ρ，冰块融化成水的体积是V_融，冰块排开水的体积为V_排，由上式，得

ρV_融g＝ρV_排g，

V_融＝V_排。

冰块融化成水的体积等于冰块排开的水的体积。可见，水面高度没有变化。

2﹒冰块在重力和浮力、容器底部的支持力作用下平衡，如图2-16所示。有

图　2-16

G＝F_b＋N＞F_b。

根据阿基米德定律，冰块受到的浮力等于冰块排开的水的重力。有

F_b＝G_排。

由上两式，得

G＞G_排（1）

冰块融化过程中重力不变，冰块融化成水的重力等于冰块的重力。有

G_融＝G　　　　　　　（2）

由（1）（2）式，得

G_融＞G_排。

设水的密度为ρ，冰块融化成水的体积是V_融，冰块排开水的体积为V_排，由上式，得

ρV_融g＞ρV_排g，

V_融＞V_排。

冰块融化成水的体积，大于冰块排开的水的体积。可见，水面升高。

另一种思维方法是极端法。倘若冰块非常高，冰块融化后水面是升高的。可见冰块融化后，水面升高。