浮起來

□文/南京市玄武高級中學 張軍

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浮力是生活中平凡無奇、時常可以看見的物理現象，浮力知識對人們的日常生活、生產技術和科學研究有著廣泛的現實意義。但是，你真的了解浮力嗎？書本上的知識點也許讓你覺得有些枯燥，那不妨來做做下面的幾個浮力小實驗，一定能讓你對浮力的理解更加深刻。

乒乓球掉到水里，會浮在水面上。即使你把它按到水面下，當你松開手，它還會浮上來。這是因為在水下時，乒乓球受到的浮力大于它所受到的重力。或者說，是因為乒乓球的密度小于水的密度。

（實驗1：乒乓球按到水下還會浮上來）

我們經常見到植物油浮在水面上、木頭浮在水面上，那是因為植物油和木頭的密度小于水的密度。那么，輪船呢？輪船可是鋼鐵制造的，它們也能浮在水面上，因為它們的平均密度也小于水。

如果把一團橡皮泥放到水面上，松開手，它就會沉下去，因為橡皮泥的密度大于水。那么，怎樣才能讓橡皮泥浮在水面上呢？很簡單，把橡皮泥捏成一個小碗，就可以浮在水面上了。中空的橡皮泥可以排開更多的水，受到的浮力變大了；或者說，把橡皮泥和它的中空部分看成一個整體，這個整體的密度小于水。鋼鐵制造的輪船能浮在水面上，也是這個道理。

（實驗2：讓橡皮泥浮到水面上）

生雞蛋丟到水里，也會沉下去。有什么辦法讓雞蛋浮上來？總不能把生雞蛋捏扁了吧，那就打水的主意，把水的密度增大。在水中加鹽，邊加鹽邊攪拌，水就變成了鹽水。當鹽水的密度和雞蛋的密度相等時，雞蛋將懸浮（雞蛋處于水面下方，保持靜止狀態或勻速直線運動狀態；假如觸碰到容器底部，雞蛋對容器底部不產生壓力）；當鹽水的密度大于雞蛋的密度時，雞蛋就浮上來了。

（實驗3：上浮的雞蛋）

這也給了我們啟發。人如果落水，如何自救呢？要想辦法讓人浮在水面上。給水加鹽是不可能了，那就想辦法減小人的密度。盡量放松，讓身體松弛，可以減小人體的密度。或者盡可能地尋找身邊的“空心”物體（其實就是密度遠小于水的物體），比如用衣服兜空氣，讓衣服鼓起來；比如找空的飲料瓶，越多越好，抱在懷里；比如抓住水面上的漂浮物，等等。

潛水艇質量從幾十噸到幾百噸不等，它們實現浮沉的方法、思路和上面講過的一樣。潛水艇在水下時，外觀體積不變，根據阿基米德原理，受到的水的浮力也不變（不考慮水密度的變化）。要想實現潛水艇上浮，就要讓自身重力小于浮力，或者讓自身平均密度小于水的密度。潛水艇的兩邊有儲水箱，用壓縮空氣將儲水箱里的水擠出艇外，這就相當于變成了“空腔”，潛水艇的質量減少，重力小于浮力，或者說平均密度小于水的密度，潛水艇就浮出水面了。如果想沉到水下，就讓水注滿儲水箱，這時潛水艇所受的重力大于浮力，或者說平均密度大于水的密度，潛水艇就下沉了。當然，也可以調節儲水量，讓潛水艇懸浮在水中，就像通過調節鹽水密度讓雞蛋懸浮一樣。

下面，讓我們自己動手做兩個“潛水艇”，讓它們下沉或上浮。

“吸管潛水艇”

用剪刀將彎頭吸管的彎頭部分剪下來，彎曲一下，使兩個開口端并到一起，用回形針夾住兩個開口端，固定到吸管上。回形針上還可以再掛住幾根回形針。找一個空的塑料瓶，倒入大半瓶水，將吸管和回形針的組合從瓶口放進水里。觀察一下，如果回形針沉下去了，就取出來，去掉適量回形針；如果回形針露出水面太多，就取出，再增掛適量回形針。直到吸管漂在水面上時，剛露出一點點。這時把瓶蓋擰上，一個“潛水艇”就做好了。從外面擠壓瓶子，瓶內水面上方的空氣被壓縮，氣壓增大，會把部分水壓進吸管內，這就相當于向儲水箱注水，吸管會沉下去。把手放開，塑料瓶由于具有彈性恢復原狀，瓶內水面上方的氣壓相對減小，吸管內的氣壓會把部分水壓出吸管，這就相當于儲水箱內的水被排出，吸管就浮上來了。

（實驗4：“吸管潛水艇”）

“小玻璃瓶潛水艇”

取一個小玻璃瓶（比如裝口服液的小瓶子），玻璃瓶要能放入塑料瓶中（可以取大一點的飲料瓶）。塑料瓶內裝入大半瓶水。在小玻璃瓶內裝入部分水后，口朝下插入塑料瓶中，讓玻璃瓶能豎直漂浮。然后，擰緊塑料瓶蓋子，在塑料瓶外側用力擠壓，看玻璃瓶能否下沉，如果能下沉了，說明制作成功。當松開手時，玻璃瓶就會浮上來。假如玻璃瓶倒著插入水中時沉下去了，說明玻璃瓶內的水偏多，取出來，適當減少水量。假如玻璃瓶不能豎直漂浮，或者擰上塑料瓶蓋在外側用力擠壓而玻璃瓶不能下沉，說明玻璃瓶內的水量偏少，再取出來，適當多加點水。嘗試幾次，你一定會成功的。它的原理和“吸管潛水艇”原理相同。

（實驗5：“小玻璃瓶潛水艇”）