讓乒乓球沉底

乒乓球被譽為我國的“國球”，標(biāo)準(zhǔn)乒乓球的直徑為4厘米。根據(jù)球體體積公式，計算得出其體積為3.35×10^-5米³。用電子天平測得乒乓球的質(zhì)量為2.7克，可以得出其所受重力約為0.026牛。近期，我開展了系列科學(xué)小實驗，探究使用哪些材料和方法可以讓乒乓球沉底，進(jìn)而研究浮力的大小與哪些因素有關(guān)。

鐵珠和水，誰主沉浮

當(dāng)一個物體完全浸沒在液體中時，若所受浮力與重力相等，會懸浮于液體中；若重力小于浮力，物體則會上浮；如果重力大于浮力，物體則會下沉，直至沉底，由容器底部提供支持力。

根據(jù)浮力計算公式，假設(shè)將整個乒乓球按入水中完全淹沒，乒乓球受到的浮力F_浮=ρ_水V_排g=1000千克/米 米 牛/千克 =0.328牛。

那么，怎么讓乒乓球沉底呢？我想到的辦法是往乒乓球里灌小鐵珠。

我先算出鐵珠懸浮所需的質(zhì)量 牛 -0.026 牛）÷9.8 牛／千克 =0.0308千克=30.8克。將浮力計算公式稍加轉(zhuǎn)化，物體所受浮力就等于物體排開液體的重力，則懸浮時F_浮=G_排=G_物 ，可得m_排=m_物。于是，鐵珠和乒乓球的質(zhì)量之和等于排開水的質(zhì)量。所以，m_鐵=m_排-m_球=33.5 克-2.7克 =30.8克。

我用酒精燈將螺絲刀燒熱，再用螺絲刀把乒乓球熔穿一個小孔，用注射器將稱量好的小鐵珠一個一個灌入，最后以雙面膠封口。然后，我將灌有小鐵珠的乒乓球放入水中，只見它開始慢慢下沉，可最后它居然還是回到水面，冒個尖兒，呈漂浮狀。于是，我不斷調(diào)試，慢慢加入小鐵珠。最后，乒乓球終于乖乖地懸浮在水中。經(jīng)過測量，此時總質(zhì)量是33.9克，比預(yù)算的多出0.4克。我想，這可能是因為乒乓球的規(guī)格有出入，直徑略大于4厘米，又或是我忽略了雙面膠的體積，造成了一定的誤差，也可能是由于自來水的密度略大于1000千克／米³。

我繼續(xù)往乒乓球內(nèi)加入小鐵珠，加大質(zhì)量，浮力終究不足以支撐重力。慢慢地，乒乓球沉底了。此時，我還有一個意外發(fā)現(xiàn)：往乒乓球里灌滿水，乒乓球也能沉底。

浮力的來源

還有什么辦法能讓乒乓球沉底呢？我想到了廚房洗碗池的塞子，它原本可以漂在水面，可一旦塞到下水口，就浮不起來了。那么，把塞子換成乒乓球會怎么樣呢？

我把礦泉水瓶去掉蓋子，從腰部剪成兩半，上半部倒扣在下半部中，將乒乓球放在瓶口處，然后緩緩倒水。奇跡出現(xiàn)了：乒乓球居然被壓在水底。原來，乒乓球下表面沒有受到向上的壓力，水慢慢從縫隙漏下去，乒乓球接觸瓶口的水時，就瞬間浮了起來。

液體對正方體表面的壓力

以正方體為例，完全浸入液體時，其6個面都受到液體的壓力，并隨著浸入深度的增加而增大。由于面積相等，又處于同等深度，所以左、右兩個側(cè)面受到水的壓力大小相等，方向相反，二力平衡。前、后兩個側(cè)面受到的壓力也是如此。但是，上、下兩個面因為所處的深度不同，受到的壓力也不相等。如圖，下表面受到向上的壓力大于上表面受到向下的壓力，這兩個力的差就是液體對正方體的浮力：

理論上來說，只要容器底部和物體下表面密切接觸、不滲水，物體就不會受到浮力。

那么，液體的壓力來自哪里？歸根結(jié)底，還是來自重力。如果液體沒有受到重力，就不會對容器形成壓力，也不會對處于液體中的物體形成壓力。