科学网站很容易陷入宇宙中最奇怪的谜团中,而人们真正想要的是更基本(但有趣!)问题的答案,例如“为什么我们不能?”和“如果你尝试在水里游泳会发生什么??”。
最近提出了一个这样的问题科学庇护所在 YouTube 上,如果您将重物从船上扔出,水位会发生什么变化。假设您有一艘装满重型货物的巨型货船。为了方便起见,假设您正在运输密封的货物集装箱,每个集装箱都装满了纯金。由于你自己和妖精最清楚的原因,你在海上的漫漫长夜中一直产生幻觉,你决定将几个容器扔到边缘。水位会发生什么变化?
你可能会想说水位上升了,因为水中有一个新物体,所以它肯定会上升,其位移量是多少。或者,您可能会想说,水位保持不变,因为船的重量下降的重量与现在沉入水中坟墓的集装箱的重量相同。但假设货物集装箱重到足以下沉,这两个答案都不正确。
为了找到答案,我们需要了解一些关于密度和浮力的知识。你可能在学校里已经学过答案,但忘记并复习一下也没什么可耻的。
浮力是流体(任何流动物质,)作用于其中的所有物体。该力来自于流体内的压力,在流体中越往下走,压力就越大。流体中物体底部的压力高于顶部的压力,从而导致向上的力。这阿基米德原理指出浸没或部分浸没在流体中的物体受到浮力的作用,浮力的大小等于其排开的流体的重量。
如果流体的浮力大于向下的力(其质量乘以引力场强度)一个物体放在其中,该物体就会漂浮。但是密度比水大的物体(在表面)会下沉直至力量平衡。
您可能已经注意到,船舶通常不会沉没。它们充满了各种其他材料,包括空气,这是让它们漂浮的原因。船的平均密度(包括船内的空气)低于水的密度,因此向上的力大于将其拉向海底的力,因此船会漂浮。将一艘重达10万吨的船放入水中,它会下沉,直到排水量达到10万吨。当你在船上装满比水密度更大的物体时,它会进一步下沉到水中,直到取代新的重量。
这就是水位变得复杂的地方。当你增加船的重量时,它会进一步下沉到水中,直到它排出相同重量的水。如果你添加一些非常重的东西,比如金子,整艘船就会位移更多的水比金子单独扔进水里的效果要好。
为了尝试理解它,想象一下有一个非常非常致密的物体,重 1,000 吨,但大小与丹尼·德维托 (Danny DeVito) 差不多。如果你把它放在船上,你会期望船进一步沉入水中并使水位上升。把它扔到海里,你会预计水位会再次下降,然后丹尼·德维托排出的水量会略有上升。