阿基米德壓強定理的再認識摘要:用發展的眼光考量“阿基米德壓強定理”,剖析壓強的大小、方向、性質、產生機制、討論“浮力勢能”。關鍵詞:壓強的大小、方向、性質、產生機制、“浮力勢能”。緣起在一次開放式高一備考教學活動中,中學生提出一個“浮力勢能”的事情,結果隨堂雖經爭辯但無法得到滿意的解決。原以為一個物體假如浸入在流體中,遭到一個壓強的作用,按阿基米得壓強定理,這個壓強的大小等于排開流體的重量,方向豎直向下,應當是比較簡單的;但阿基米德那位古埃及偉大的物理家、力學家約出生在公元前287年,盡管我們常常提到“給我一個支點,我將聯通月球”,終究離我們早已2000多年了,如今的時代早已不同,一切都是在發展進步的,所以對千年曾經的定理也要有相應的解釋,例如說阿基米德說的是液體,已經可以擴大到流體,如今甚至可以考慮固體中的非晶體;非常是研究的問題擴充開來,具體到某個方面、某一個對象,聯系上一些特殊的外界誘因,爭議都會發生,中學生多有疑慮提出,班主任也會碰到一些麻煩,所以我們試著把這種問題歸納上去,瞧瞧有什么地方應當導致你們的注意。一、浮力的大小一、浮力的大小依據阿基米德壓強定理,壓強的大小等于排開液體的重量,雖然沒有哪些異議浮力定律阿基米德,但那僅僅是“通常”的情況下,例如我們會碰到這一類的訓練:一個容器內盛水,放進扶梯中,水底浮定一個鐵塊如圖1示,當扶梯加速上升時。
鐵塊相對水是下沉、上浮還是保持原位置?常規的思路是:靜止時,鐵塊遭到的重力和壓強相平衡;現今鐵塊要跟著向下加速,則它所受的合外力必須向下,即壓強必須減小;為使壓強減小,排沸水的容積必須減小;所以鐵塊應相對海面下沉。正確的理解應當是:水一旦加速上升,還會出現超再現象;原先鐵塊排沸水的重量為鐵塊的重量mg,假如現今加速度為a,則排沸水的重量將為m(g+a),抵消鐵塊的重量外,正好能提供形成加速度的力,所以鐵塊相對海面保持原位置。假如扶梯加速度向上浮力定律阿基米德,出現失重現象,按照相同的道理,鐵塊相對海面仍保持原位置。所以在超、失重的前提下,阿基米德壓強定理中的“排開液體的重量”現在應理解為“包括超重量或失重量在內”;為了證明,我們在一個塑膠瓶中灌滿水后壓入一個兵乓球,扳動瓶蓋,迅速倒置并放手讓其作自由落體運動,可以觀察到兵乓球相對杯子是不下浮的,說明完全失重狀態下,流體對浸入在其中的物體不形成壓強作用。圖1a