科學網站很容易陷入宇宙中最奇怪的謎團中,而人們真正想要的是更基本(但有趣!)問題的答案,例如「為什麼我們不能??
最近提出了一個這樣的問題科學庇護所在 YouTube 上,如果您將重物從船上扔出,水位會發生什麼變化。假設您有一艘裝滿重型貨物的巨型貨船。為了方便起見,假設您正在運送密封的貨物集裝箱,每個貨櫃都裝滿了純金。由於你自己和妖精最清楚的原因,你在海上的漫漫長夜中一直產生幻覺,你決定將幾個容器扔到邊緣。水位會發生什麼變化?
你可能會想說水位上升了,因為水中有一個新物體,所以它肯定會上升,其位移量是多少。或者,您可能會想說,水位保持不變,因為船的重量下降的重量與現在沉入水中墳墓的貨櫃的重量相同。但假設貨物集裝箱重到足以下沉,這兩個答案都不正確。
為了找到答案,我們需要了解一些關於密度和浮力的知識。你可能在學校裡已經學過答案,但忘記並複習一下也沒什麼可恥的。
浮力是流體(任何流動物質,)作用於其中的所有物體。此力來自於流體內的壓力,在流體中越往下走,壓力就越大。流體中物體底部的壓力高於頂部的壓力,導致向上的力。這阿基米德原理指出浸沒或部分浸沒在流體中的物體受到浮力的作用,浮力的大小等於其排開的流體的重量。
如果流體的浮力大於向下的力(其質量乘以重力場強度)一個物體放在其中,該物體就會漂浮。但是密度比水大的物體(在表面)會下沉直至力量平衡。
您可能已經注意到,船舶通常不會沉沒。它們充滿了各種其他材料,包括空氣,這是讓它們漂浮的原因。船的平均密度(包括船內的空氣)低於水的密度,因此向上的力大於將其拉向海底的力,因此船會漂浮。將一艘重達10萬噸的船放入水中,它會下沉,直到排水量達到10萬噸。當你在船上裝滿比水密度更大的物體時,它會進一步下沉到水中,直到取代新的重量。
這就是水位變得複雜的地方。當你增加船的重量時,它會進一步下沉到水中,直到它排出相同重量的水。如果你添加一些非常重的東西,例如金子,整艘船就會位移更多的水比金子單獨丟進水裡的效果好。
為了嘗試理解它,想像一下有一個非常非常緻密的物體,重 1,000 噸,但大小與丹尼·德維托 (Danny DeVito) 差不多。如果你把它放在船上,你會期望船進一步沉入水中並使水位上升。把它扔到海裡,你會預期水位會再次下降,然後丹尼·德維托排出的水量會略有上升。