|
悬浮的奥秘 湖北省大悟县楚才高中 张清平 ●悬浮现象 把软木块放入水中，小木块总是漂浮在水面上。若把木块换成一枚小硬币，你能让它浮在水面上吗？我们来动手做一做吧：在水盆里加入适量水，待水面平静后，取一枚伍分硬币，用镊子夹着轻轻平放到水面上，只要有足够耐心，你就能看到小硬币静静地漂浮在水面上。 取一只较大的水槽，加入一些水，在水面上撒上一些痱子粉。可以看到痱子粉粉末漂浮在水面上。滴入一滴用酒精稀释过的油酸，可以看到油酸推开痱子粉在水面形成一块油膜。 潜水艇能像鱼儿在水中，飞机能像飞鸟一样飞翔在天空，磁悬浮列车能悬浮在导轨之上，宇宙飞船中东西常能漂浮着…… 上述木块、硬币、气球、鱼儿、飞机等物体悬浮在空中、水中或水面的现象可谓悬浮现象。 ●原理探秘 各种各样的悬浮道理相同吗？其中各有什么奥妙呢？下面讨论一下几种典型悬浮及其原理。 浮力作用下的悬浮 如浮标和船只等漂浮在水面上，气球悬浮在空中，潜艇潜藏于水中，油脂漂浮于水面。 这类悬浮物受到液体（或空气）的浮力，浮力大小等于排开液体（气体）的重力。 氢气球在空气中常常是上升的，如何让一只氢气球也停在空中呢？我们可以在它下面系一个小塑料水杯，在杯中加适量水，放手后让它悬浮空中。这表明，浮力等于物体重力时物体静止悬浮，浮力大于重力就上浮，反之下沉。 潜艇就是根据这一原理，通过调节气室大小来改变排水量，进而控制上浮与下沉的。 密度小于水的物体在水中浮力大于重力，因而会上浮到水面。油脂密度比水小，只要不溶于水就会漂浮着，而油酸有亲水基和斥水基，其分子一半在水里，一半在水上，故能在水面形成单层油膜。 液面支持力作用下的悬浮 如小颗粒、小硬币、小昆虫浮在水面上。 这种情况实质是“托着”，因为漂浮物不在液体内部，而在液面之上。由于液体的表面张力，液面成为一个有弹性的液膜。硬币放在液面上时，这个膜面就产生支持力托着硬币。如果被支持物对液体是不浸润的，同时重力不太大，它们就能被液面托着而不掉下去。水面小昆虫能在水面自由行走正是如此。 上举力作用下的悬浮 如直升机飞（或停）在空中的悬浮，飞鸟展翅滑翔。 直升机的螺旋桨高速旋转向下推空气，空气的反作用力向上，成为直升机不掉下来的上举力。鸟儿扇动翅膀也能获得类似的举力。 根据流体力学的原理，机翼上方气流流速大，压强小，而机翼下方气流流速小，压强大，机翼上下压力差向上，成为飞机的上举力。鸟儿展翅滑翔时也能产生同样的力。正是这种上举力与重力的平衡，它们才能够瞧平稳飞行。 其他悬浮 如磁悬浮，轨道卫星、飞船相对地面的悬浮以及飞船里物体的漂浮。 磁悬浮列车是在磁场力作用下悬浮起来的，它在行进中因不受导轨撞击和摩擦，运行平稳，速度更快。 卫星和飞船是在绕地球作圆周运动，地球的引力提供其所需要的向心力。说它悬浮是以地面为参考系，这时可以说它受到向上的离心力。 在轨道上运行的飞船中，物体相对飞船是完全失重的，没有示重，即没有向上或向下的原因，因而可以悬浮着。 深入分析各种悬浮的奥秘，我们就会发现不同的悬浮的机理常常是不同的。除了浮力，其他力也能成为平衡重力的原因，使物体悬浮。 应用小实例：让小人在水中跳舞 找一只用过的打火机，拔出其喷嘴，加入适量水，使它刚好能浮于水面。把打火机放入盛水饮料瓶中，加盖密封。手握饮料瓶，挤压瓶子，可以看到打火机在水中下沉。停止挤压则打火机上浮。就这样，打火机可以在你指挥下在水中起舞。 本例也可用小瓶子代替打火机做成小人，要使其开口要朝下悬浮。动手做一做，说说其中的道理。 (责任编辑：admin) |