推 ccws:謝謝解說 08/25 15:26
推文有問到潛水艇下沉時浮力的問題（請原諒我現在才看到）
其潛水艇上升下沉的原理是利用一個空氣艙來進水排水控制浮力
1. 一開始,潛水艇為浮體 ==> 浮力 = 船重
2. 艙進水,潛水艇往下沉 ==> 浮力 < 船重
根據1和2即可判斷浮力是變小的(跟浮體時的浮力相比)
通常國中考題所要的答案就是上述的答案
然而,當潛水艇下沉的時間再細分
A. 空氣艙進水但還未滿, 潛水艇下沉但還未滅頂 ==> 浮力漸漸變小
(通常進水就跟船破一個洞類似,水所佔去的體積會大於其它下沉增加的體積)
B. 空氣艙的水已滿, 潛水艇下沉還未滅頂 ==> 浮力增加
(但增加的浮力不會大於船重,否則就浮上來了)
C. 船滅頂的瞬間 ==> 浮力增加到最大值, 但仍不會大於船重
D. 滅頂後潛水艇再下沉 ==> 浮力不變
E. 快到預定深度時 ==> 開始排水,浮力增加
(會略大於船重,用來減速)
F. 到預定深度時 ==> 浮力 = 船重
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以上是我覺得詳細的過程, 但我也從來沒有跟學生講過
跟學生講可能會睡死一片吧....XD
最常用的解釋還是前面的12
※ 引述《manspower (我的步調)》之銘言：
: 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
: ==============================================
: 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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