부력에 관한 질문과 답변

1. 물 밑에 붙어 있는 거품은 왜 뜨지 않나요?

수중 물체에 부착된 거품이 떠오르지 않는 경우를 많이 볼 수 있습니다. "점도"에 대한 지식을 알고 있다면 놀라지 않을 것입니다. 초유체에는 기포가 없지만 우리가 매일 보는 물은 점성이 있습니다. 물의 점도는 매우 작지만 일반적으로 부력보다 낮습니다. 페이스트 한 그릇을 끓이면 거품이 더 이상 생기지 않는 것을 볼 수 있습니다. 물 분자와 용기 벽 사이에 상호 흡착력이 있기 때문에 작은 기포는 뜨지 않습니다. 이 힘은 매우 작으며 부력은 항상 그보다 큽니다!

물 온도가 높아질수록 물의 공기 용해 능력이 떨어지기 때문에 가열된 물에서 거품이 생성됩니다. 이 과정에서 용기 벽이 거칠기 때문에 먼저 기포가 쉽게 용기 벽에 흡착되는데, 부력이 없으면 기포 안의 공기가 다시 녹을 때까지 영원히 같은 위치에 흡착하게 됩니다. 일반적으로 저 아래에는 그렇게 완고한 거품이 없습니다. 투명한 컵에 콜라를 담으면 벽에 거품이 많이 생기겠죠? 이틀 보관했는데도 거품이 남아있나요? 압력 감소로 인해 넘친 이산화탄소는 열린 컵에서 다시 용해되지 않고 어디로 가나요? 물의 점성과 거친 용기 벽의 흡착력으로 인해 작은 기포가 일시적으로 떠오르는 것을 방지할 수 있지만 이것이 부력의 영향을 받지 않는다는 것을 증명하지는 않습니다. 시간이 충분히 길면 부력은 결국 다른 힘의 영향을 극복하고 결국 거품을 밀어 올릴 것입니다.

2. 무중력 상태에서도 부력이 남아 있나요?

무중력에는 두 가지 상황이 있는데, 하나는 완전 무중력이고, 다른 하나는 불완전 무중력입니다. 지구 표면 근처에서 물체가 하향 가속도를 받으면 물체는 무중력 상태가 됩니다. 가속도가 자유 낙하 가속도보다 작으면 물체는 불완전 무중력 상태가 됩니다. 자유 낙하의 가속도, 물체는 완전한 무중력 상태에 있습니다.

액체와 액체에 담긴 물체가 완전 무중력 상태일 때는 부력의 영향을 받지 않고, 불완전 무중력 상태일 때는 부력이 여전히 존재합니다. , 그러나 부력은 평소보다 작아야 합니다. 이는 액체가 중력을 받지 않으면 흐를 수 없고, 중력이 없으면 유체 내의 압력은 더 이상 존재하지 않기 때문이다. 부력의 원인은 물체의 윗면과 아랫면의 압력차( 압력 차이가 존재하는 경우), 물체가 완전히 무중력 상태가 되면 더 이상 부력을 갖지 않게 됩니다.

3. 같은 물질 사이에도 부력이 있나요?

다른 물체가 없을 때는 밀도 차이만 있으면 뜨거운 물과 찬 물 사이에 부력이 생기고, 그렇지 않으면 열 순환이 불가능해집니다. 열 대류는 뜨거운 물의 밀도가 상대적으로 작기 때문에 찬 물의 부력에 의해 위로 밀려 올라가는 현상입니다. 그러나 찬 물과 뜨거운 물은 서로 다른 물체가 아닙니다. 물론 대류 외에도 확산과 복사 등 다양한 방식으로 열이 확산되는데, 상단에 위치한 일부 히터에서는 하단의 물을 매우 빠르게 가열하기 위해 "더 빠르게 가열"하는 것이 정상입니다. 유체에 다른 물체가 없더라도 밀도 차이와 중력이 있는 한 부력이 있습니다. 물론 접촉이 필요하며 부력은 공기를 통해 전달될 수 없습니다.

4. 컨테이너 바닥에 있는 물체는 여전히 부력의 영향을 받고 있나요?

어떤 사람들은 용기 바닥에 있는 물체가 용기 바닥과 밀착되어 있는 경우 물체 표면에 아래쪽으로 작용하는 액체 압력에만 영향을 받을 수 있다고 말합니다. 부력의 영향을 받지 않습니다.

위 문단은 완전히 정확하지는 않습니다. 두 가지 조건이 필요합니다. 물체의 측면이 수직이거나 안쪽으로 기울어져 있어야 하며, 물체의 아래쪽 표면이 기술적인 방향에 있어야 합니다. . 상단이 용기 바닥에 밀착되어 액체가 들어가지 않도록 하세요. 물 밑바닥에 가라앉는 물체는 실제로 물의 부력, 용기의 지지력, 자체 중력의 세 가지 힘의 영향을 받습니다.

이때 힘 상황: F float + F support = G Object

물론, 물체가 컨테이너와 접촉하는 물 바닥에 있고 공기(진공)가 없다면 물체는 다음의 영향을 받지 않습니다. 물의 부력.

5. 서로 다른 액체 사이의 성층 현상을 설명하세요.

다른 액체 사이의 성층화 현상은 여전히 ​​부력의 결과입니다. 근본적인 이유는 서로 다른 액체의 밀도가 다르기 때문입니다(이전 물체의 부유 및 가라앉는 조건 참조). 혼합된 액체가 서로 용해되면 밀도가 매우 가까워질 수 있는데, 이는 물 속의 기포가 일시적으로 떠오르지 않는 현상과 유사합니다.

일정 시간 동안 방치하거나 원심분리기 가속을 사용하여 중력 효과를 강화함으로써 침전되거나 층으로 분리될 수 있습니다.

6. 액체가 층화될 때 부력을 계산하는 데 사용되는 V 행은 어디입니까?

어떤 학생들은 기름이 물 위에 떠 있을 때 기름이 물을 전혀 대체하지 않는데 어떻게 부력을 받을 수 있다고 생각합니까? 예를 들어, 국물 그릇의 수면에 있는 기름층의 V열은 무엇입니까?

사실 위 질문의 경우 용기의 형태적 한계로 인해 기름에 의해 대체된 물이 그릇에 넘치는 등의 현상으로는 드러나지 않습니다. 그러나 기름이 그렇지 않은 것은 아닙니다. 물을 대체하는 것은 단지 우리가 그것을 보지 못했을 뿐입니다. 이 V 행을 표시하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 1. 매끄러운 시멘트 바닥에 물을 붓습니다. 이때 물 얼룩의 중앙에 약간의 오일을 붓는 것을 볼 수 있습니다. 기름을 짜내면 물 얼룩의 분포 영역이 확장되어 실제로 기름이 물을 대체했음을 알 수 있습니다. 2. 양쪽 끝이 열려 있는 U자형 튜브(커넥터)에 물을 조금 넣고 튜브 구멍 중 하나에 오일을 부으면 이 튜브의 수면이 약간 떨어지고 물이 떨어지는 것을 볼 수 있습니다. 지면이 상승함에 따라 두 튜브의 수면 사이의 높이 차이에 튜브의 단면적을 곱한 값이 오일에 의해 대체된 물의 양입니다.

7. 액체가 자신의 중력보다 큰 물체를 뜨 수 있습니까?

어떤 사람들은 아르키메데스의 원리에 기초하여 액체가 자신의 중력보다 큰 물체를 뜨 수 없다고 생각합니다. 사실 이것은 "부력은 물체의 변위와 같다"는 원리이므로 잘못된 추론입니다. "물체가 변위된 액체의 중력". 여기서 핵심은 "변위"라는 점에 유의하십시오. 영리한 설계를 통해 "물체에 의해 변위된 액체의 부피"를 "원래 총량"보다 완전히 크게 만들 수 있습니다. 액체의 양"(주의를 끌기 위해 따옴표가 포함되어 있습니다).

예를 들어 원통형 용기를 가져다가 용기 내부 직경보다 약간 작은 직경의 원통형 나무 블록을 가공하여 관찰하기 쉽도록 두 원통의 높이를 동일하게 만듭니다. 아주 적은 양의 물을 용기에 붓고(핵심은 물의 질량을 실린더 블록의 질량보다 훨씬 작게 만드는 것입니다), 실린더 블록을 용기에 넣으면 물이 부풀어 오르는 것을 볼 수 있습니다. , 나무 블록을 띄웁니다(효과는 나무 블록이 용기 입구보다 높다는 것입니다). 밑면 면적이 12.56제곱미터, 높이가 2미터이고 끝 부분이 아래쪽으로 수심 20미터에 잠겨 있는 나무 원뿔입니다. 압력은 면적의 압력과 같기 때문에 윗면의 아래쪽 압력은 아래쪽 표면의 위쪽 압력보다 크므로 압력 차이에 따라 물 바닥으로 가라앉습니다. 그러나 아르키메데스의 법칙에 따르면 물체의 무게는 물체가 밀어낸 물의 무게보다 작으므로 나무 원뿔은 표면으로 떠오를 것입니다. 게다가 원뿔은 나무로 만들어졌기 때문에 나무가 표면으로 떠오를 것입니다. 이것은 상식적인 자연 현상입니다.

1. 기압차 추론이 자연현상과 반대되는 이유는 무엇인가요?

답변: 1. 그 반대는 아닙니다. 원뿔의 측면에 작용하는 물의 압력의 방향은 비스듬한데, 실제로 부력의 역할을 하는 것은 수직 상향 성분인데, 이 성분은 깊이가 깊어짐에 따라 점차 증가한다는 것을 적분식에서 알 수 있습니다. 이때의 압력 차이는 여전히 ρgV

2와 동일하며, 콘 팁이 아래쪽인지 위쪽인지는 압력 차이 계산 결과에 따라 받는 부력이 다릅니다. 그러나 그들이 대체하는 물의 무게는 동일하므로 아르키메데스의 법칙에 따르면 물에 가해지는 부력은 동일해야 합니다. 압력차에 의해 도출되는 결론이 아르키메데스의 법칙과 다른 이유는 무엇입니까?

답변: 원뿔을 반대로 배치한 후 원뿔 표면의 적분 압력이 달라져 값이 작아지므로 총 압력 차이가 여전히 있다는 점을 제외하면 원리는 1과 동일합니다. ρ 액체 gV 변위와 같습니다.

3. 물체에 대한 부력은 물체의 모양 및 형태와 관련이 있습니까?

답변: 그것과는 아무런 관련이 없으며 단지 물에서 변위되는 양과 관련이 있습니다. 그러나 모양이 불규칙할 경우에는 부력을 적분식으로 작성해야 합니다.

4. 물 속에서 다양한 모양의 물체(불규칙한 물체 포함)가 경험하는 부력과 그것이 발생하는 이유를 압력 차이로 설명할 수 있나요?

답변: 예, 압력 차이의 적용이 개별적이고 작은 모양의 물체에만 제한되는 경우 원리는 3

5와 같습니다. 그렇다면 이러한 일방적인 추론이 부력의 실제 원인을 설명할 수 있을까요?

답변: 앞의 1, 2, 3, 4에서 압력차에는 제한이 없다고 설명하였으므로, 질문 5에서 제기한 질문은 타당하지 않습니다. 바닥이 매끄러운 나무 블록을 바닥 밸브가 있는 유리병에 넣습니다. 나무 블록을 손으로 잡고 물에 물을 부은 후 밸브를 열어 물을 빼냅니다. 이때 나무블록을 집어 바닥면과 원통의 접촉면에 물이 없는지 확인한다. 그런 다음 다시 탱크에 넣고 손으로 잡고 물을 채웁니다.

놓아준 후 나무 블록이 자동으로 떠다니는 것을 보고 우리는 충격을 받았습니다. (몇 가지 보조적인 방법을 사용하여 나무 블록의 바닥면을 물에 젖지 않게 할 수도 있습니다. 예를 들어 나무 블록과 탱크 바닥의 접촉 부분에 페이스트를 바르면 물이 들어가는 것을 방지할 수 있습니다. 그러나 외부 저항은 기체의 부력 특성은 액체의 부력 특성과 다르기 때문에 공기 중에서 유사한 실험을 할 수 있습니다.) 압력 차이를 바탕으로 추론: 물이 없는 경우. 나무 블록의 바닥이 탱크에 잠겨 있으면 물의 상승 압력이 발생하지 않고 물의 하향 압력만 경험하게 됩니다.

1. 실험 결과가 압력차 결론과 모순되는 이유는 무엇입니까?

2. 실험에서 나무 블록은 탱크의 부피와 동일한 양의 물을 대체했습니다. 아르키메데스의 법칙에 따르면, 대체된 물의 무게와 동일한 부력을 받았습니다. 압력 차이가 블록이 부력을 갖지 않는다는 것을 의미하는 이유는 무엇입니까? 그 중 어느 것이 옳고 그른가?

3. 물에 담근 나무블록 바닥에 물이 없으면 여전히 부력이 있는 것입니다. 그렇다면 이 부력은 어떻게 생기는 걸까요?

답변: 실험은 나무 블록의 바닥이 매끄러웠다는 것을 보장하지 않습니다. 즉, 물이 나무 블록 바닥에 절대로 들어가지 않을 것이라는 보장이 없습니다. 이 실험은 정밀 조사를 견딜 수 없습니다. 따라서 1번, 2번, 3번 문제는 모두 유효하지 않은 문제입니다. 질량과 부피가 동일한 철선 모형 A, B, C가 3개가 있습니다. 배 A에 손으로 압력을 가하여 물 밑으로 가라앉게 합니다. 배 B를 물에 비스듬히 넣어 자연스럽게 바닥에 가라앉게 하고, 배 C는 물 위에 떠 있게 합니다.

1. 실험 결과로 보면 A선이 가장 많은 물을 배출하고, B선이 가장 적은 물을 배출한다. 아르키메데스의 법칙에 따르면, 선박 A의 부력이 가장 크고, 선박 C가 그 뒤를 따르고, 선박 B의 부력이 가장 작습니다. A선과 B선이 배출하는 물의 무게는 다르지만 A선과 B선은 모두 물 밑바닥으로 가라앉았기 때문에 같은 부분이 같은 수평면에 있고 같은 압력을 받는다. 압력차 계산에 따르면 그들이 받는 부력은 동일해야 합니다.

①압력차와 아르키메데스의 법칙은 어떤 관계가 있나요?

②그들 사이의 모순을 어떻게 설명할 것인가?

2. 책의 부력 장에 나오는 물체의 뜨기와 가라앉기에 대한 실험에 따르면, 물체가 배출하는 물이 무게보다 무거우면 물체가 뜨는 것으로 알려져 있습니다. 그런데 선박 A가 배출한 물의 무게가 선박 A의 무게보다 더 큽니다. 왜 물에 뜨지 않습니까?

3. C 선박이 배출하는 물은 B 선박보다 무겁고, 받는 부력도 B 선박보다 커야 합니다. 그러나 선박 B와 선박 A는 같은 바닥에 가라앉으므로 압력 차이로 인해 그들이 받는 부력은 동일합니다. 배 A가 배출하는 물의 무게는 배 C의 무게보다 큽니다. 세 배 A, B, C 중 가장 큰 부력을 받는 배는 어느 것입니까?

답변: A, B, C 세 척의 선박이 정확히 동일한 견고한 철 선박이라고 가정합니다. 그러면 선박 A가 바닥으로 가라앉은 후 물이 선실로 유입되고 최종 변위는 V = V 철입니다. B 선박도 같은 이유입니다. 따라서 제목에 있는 "A선과 B선이 배출하는 물의 무게는 다르지만"이라는 문장은 완전히 잘못된 것입니다. 물 밑바닥에 가라앉은 물체는 그 무게가 밀려난 액체의 무게보다 작을 때 뜨게 됩니다. 물체는 부력으로 인해 자연적으로 뜨게 되는데, 부력은 물체에 어떻게 작용하여 물체를 뜨게 하는 걸까요? 압력차를 고려하여 물체의 네 면에 작용하는 압력이 서로 상쇄되어 균형을 이루며 바닥면만 위쪽으로 압력을 받게 되며, 여기에서 위쪽으로 떠 있는 물체의 운동에너지를 구해야 합니다. 그러나 우리는 이 상승 압력이 물의 압력에 의해 생성되고 동일한 수면에서 물에 의해 생성된 압력은 모든 방향에서 동일하다는 점에 유의해야 합니다. 상향 압력은 지지력처럼 작용하여 물체를 지지할 뿐입니다. 물체를 뜨게 하는 작업을 수행할 수 없습니다. 물체 바닥면의 압력은 물체가 뜨는 데 필요한 운동에너지를 생성할 수 없으므로 부력은 물체에 어떻게 작용하여 물체를 뜨게 하는가?

답: 물체가 떠 있을 때 아래의 압력은 양의 일을 하여 운동 에너지를 증가시키고, 위의 압력은 음의 일을 하여 운동 에너지를 감소시킵니다. 위의 압력에서는 양의 일이 음의 일보다 더 크기 때문에 물체의 총 운동 에너지가 증가합니다. 불규칙한 물체의 부력 [3] 불규칙한 물체의 바닥면이 용기 바닥에 완전히 닿아도 불규칙한 부분에는 그에 상응하는 부력이 작용합니다(크기는 아르키메데스의 법칙에 따라 계산됨).