推 elevenchang:利益良善，不過史英真的越來越囉唆了 192.192.154.33 06/27
: 史 英 台灣大學數學系副教授
如何不讓木頭浮起來? by 史英
———浮力的原理
提出問題
老師、課本、一般「好為人師」的人, 都喜歡問你們, 木頭在水中為什麼會浮起來?但是
我今天要問一個相反的問題: 怎樣才能不讓它浮起來?
顯而易見的答案是: 用石頭壓著、用手抓或壓著、用繩子把它綁在水底的大石頭上、在木
頭裡灌鉛 (就像有人對骰子所做的)…….等等; 大家會覺得我這個問題真無聊!
不過, 除了灌鉛那個方法不太「誠實」 (因為它已經不是木頭了)之外, 其它的方法, 其
實都只能算是一種方法 (抽象的來說): 就其本質來看, 不外是「以外力干預」。於是,
我們就了第一個啟示: 浮力是一種力, 不然, 為什麼要非用其它的「力」不足以「制衡」
它呢?
所以, 現在我就要鄭重聲明, 我所提的問題「怎樣才能不讓木頭浮起來?」, 是有條件的
, 就是不用「外力干預」, 所以壓著、綁著、抓著的方法, 都不算!
好, 現在就請你們想一分鐘。
引出要旨
剛才說到, 因為要「用力」才能讓木頭不浮起來, 可見浮力真的是一種力; 因為, 是力才
需要力的制衡!
既然浮力是一種力, 那麼, 對於力我們可以關心什麼呢? 不外乎是它的大小, 和方向。先
來說方向…..[請由前文中引出浮力是「由木頭底下往上推」的力]。
解消浮力的方法
現在, 我們可以想一想, 怎樣才能讓浮力「不發生作用」: 一種方法, 就是前面講過的,
用另外一個力來抵消它, 也就是所謂的制衡; 但還有一更簡單的方法, 就是, 直接了當的
把它「取消」掉!
那麼, 怎樣才能把浮力取消掉呢? 最簡單的方法, 就是把水倒掉, 因為浮力的來源是水,
沒有水也就沒有浮力了; 但這顯然不符合我們的問題, 我們的問題是: 如何不讓木頭「在
水中」浮起來, 沒有水, 也就不算是「在水中」了。
所以, 唯一的辦法, 就是, 維持著「在水中」的情況, 但把「木頭底下」的水拿掉!
所以, 我們可以用比木塊稍小一點的一個空盒子, 放在木塊的下面, 也就是讓木塊蓋在空
盒子的上面, 再把木塊和盒子一起放入水中, 這時, 木塊的下方就沒有水, 而是空氣! 當
然, 要用手抓著盒子, 不然, 空盒子自己就浮起來了。
還有更簡單的方法, 就是, 讓木塊直接貼到水底; 如果水底和木塊都很平、兩者接觸得很
密而不讓旁邊的水溜進它們之間, 這樣, 木塊的下方也就沒有水了。
思想實驗
我知道你們現在在想什麼, 你們就是不相信, 不相信剛才說的兩種方法真的有用, 對不對
? 所以, 合理的做法是, 我們來實驗。
不過, 用想像的就知道, 這個實驗很難做, 因為, 要讓木塊和盒子、或木塊和池底緊密合
攏而不露水, 不是那麼容易。所以, 還有一個辦法, 我們不用真的動手去做實驗, 我們來
用想像的。
我現在把這個情形劃在黑板上, 如果你認為木塊還是會浮起來, 那你告我, 它為什麼會浮
起來? 你不必懂得什浮力的原理, 你只要想, 不管浮力是什麼, 為什麼會有力, 或浮力的
有多大, 只要木塊的下方沒有力去往上推, 它就沒有理由浮起來!
你會說, 可是旁邊的水, 會把木塊「擠」上去啊? 這是很好的想法, 但是, 所謂「擠」,
就像擠牙膏, 表面上看起來手指的力是在側面, 但實質上, 東西之被擠出去, 或擠上去,
還是因為側面的力壓到下方的水 (或牙膏, 假定擠的時候牙膏開口向上), 下方的水無處
可去, 又被擠得非去不可, 才產生一個向上的力。
所以, 如果木塊的下方沒有水, 以上所說的擠的效應, 也就無從發生了。
總結
浮力的來源, 是木塊下方的水, 被各處的水擠得「受不了」, 只好往上跑, 就把木塊頂上
去了。就產生了新的兩個問題: 一是, 木塊下方的水, 為什麼會被擠到呢? 又沒有人去捏
它; 二是, 就算是被擠到, 它會什麼往上推, 而不往別的方向推呢?
這就留在下一次, 再講給你們聽。
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