Re: [請益] 船在下沉時所受的浮力

[manspower (我的步調)]

船下沉其實有很多原因

1. 船破洞
2. 船從海洋進入河道
3. 考慮動態情況,海浪造成船身暫時下沉
4. 加重物
.......
情境1,如同解釋B,浮力是變小的

情境2,在不考慮下沉時的產生的加速度,經過一定時間作用後
      浮力不變 = 船重

情境3,浮力如同解釋A是變大的

情境4,浮力變大

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一般我們在考慮浮體的浮力時,我們常用"靜力平衡"的觀念求解
所以可以得到浮力 = 船重
然而當我們給物體一個擾動時,比如說海浪,這時候就不能適用"靜力平衡"

當海浪將船拋起,此時浮力減小, 船重 > 浮力 ==> 故船產生向下的加速度
當船回到原本的平衡位置時, 船重 = 浮力,但此時船有向下的速度 ==> 故船再往下沉
船往下沉的時, 浮力 > 船重 ==> 故船有向上的加速度,
所以船到速度等於0時又開始往上浮,故船會在海浪上起起伏伏

以上說穿了就是高中物理中的簡諧運動,考慮物體運動情形時的"動態平衡"

也就是說考慮情境3時,雖然船依然是浮體
但計算船的浮力就不能用"靜力平衡"來求解
而浮力也有可能大於船重

以上是我視學生程度,有時候會補充給學生的,因為其實這有點已經超出國中範圍了
如果學生沒問我為什麼不能直接用浮體的浮力直接寫不變,我應該也不會講這麼多



※ 引述《LARF (顗昕～寂靜的日出)》之銘言：
: 船在下沉時所受的浮力
: 應該是變大還是變小呢?
: 解釋A)
: 在下沉過程中 船在液面下體積越來越大
: 液面下體積與浮力成正比
: 故 "變大"
: 解釋B)
: 下沉前船所受的浮力等於船的重力 呈現兩力平衡
: 下沉過程中 重力不變 浮力變小 所以才會下沉
: 故 "變小"
: 目前聽到的有這兩種說法
: 上學期末時 被這問題搞到快瘋了
: 幸好當時學生的老師 在平常考出現此題時 兩者都給對
: 並且允諾在段考時不會出現此題
: 但還是很想知道 究竟這題如何解???
: 我個人的想法是
: 這題本身是有題意上不清的部份
: 解釋A)的說法 感覺是指已經下沉了 在下沉中的過程是變大的
: 而解釋B)的說法則是把下沉時的浮力與一開始是浮體時相比
: 所以才會有此差別
: 不過一般坊間教材似乎都傾向給A
: 這問題困擾我好久了 還請不吝賜教

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◆ From: 140.116.36.156
推 allstars:推  雖然我教數學   但是原題目一看就是條件不足
→ allstars:教書解題當如此詳盡
推 ccws:老師您好~ 我也是數學老師前幾天也剛好被問類似的問題~
→ ccws:問題是 潛水艇潛入海底時 浮力是變大還變小??
→ ccws:我用靜力平衡想但又想是從浮體變沉體 不懂潛水艇的運作原理
→ ccws:順便利用這篇文來請教一下
→ manspower:潛水艇的原理應該是進水排水，下沉時排水，浮力小於重量
→ manspower:所以浮力一定都比浮體時小