普及点相关的物理知识:
物体的浮沉条件:浸没在液体里的物体,如果受到的浮力大于物体的重力,上浮(最终漂浮在液面上,这时受到的浮力等于物体的重力);如果受到的浮力等于物体的重力,悬浮(可以停留在液体里任何深度的地方,既不露出液面,也不压底);如果受到的浮力小于物体的重力,下沉(一直沉到底)。比如,木块浸没在水中时受到的浮力大于木块的重力,所以上浮;铁块浸没在水中时受到的浮力小于铁块的重力,所以下沉。对于均质实心物体也可比较物体与液体的密度,当物体密度小于液体密度时,上浮;当物体密度等于液体密度时,悬浮;当物体密度大于液体密度时,下沉。木块因为密度小于水的密度,在水中上浮;铁块因为密度大于水的密度,在水中下沉。但用钢铁制成的轮船却可以漂浮在水面上,这是为什么呢?
先看一个实验,将一块橡皮泥放入水中,因为橡皮泥的密度大于水的密度,所以橡皮泥沉到水底。将橡皮泥捏成碗状放在水面上,橡皮泥碗可以漂浮在水面上。因为橡皮泥捏成的碗是空心的,放在水中可增大排开水的体积,根据阿基米德原理,增大了受到的浮力。这个实验表明,用空心的方法可以增大能够利用的浮力。轮船就是根据这种道理制成的。
对于航行在世界各大洋上的各种船只,航母动不动就是十万吨,大型的油轮能达到几十万吨,大家一定会有这样的想法,这些船只都是我们刚铁制造的怎么能在海上漂浮不沉下去呢?因为钢铁是比海水密度大的,应该沉下去呀!又不是以前那种用木头做的船,木头比海水密度小,所以能漂在水上啊!
今天我们来解说下,我们知道船只能漂在水面是因为一个原理,那就是阿基米德原理——浸入静止流体中的物体(部分浸入液体中的物体)受到一个浮力,其大小等于该物体所排开的流体重量,方向垂直向上并通过所排开流体的形心。
我们知道船只的内部并不是实心的,如果是实心的话就不可能浮在水面上。我们以我国的辽宁号航母为例来讲解下。
辽宁号舰长304.5米,吃水线长270米,舷宽75米,吃水线宽38米。吃水10.5米,呈现一个倒三角的形状。我们可以简单的把它排开的水的体积看做一个三角形的柱体,那么它排开水的体积为三角形的面积×长度,也就是(38×10.5)÷2×270=53865立方米。
我们知道纯水的体积1立方米重量是1吨,而海水的密度比纯水的要大,且我们这个体积计算是按照规则形体来计算的,辽宁号浸入水中体积肯定比这个要大,那么辽宁号的排水量就是超过53865 吨。辽宁号正常排水量54500吨,和我们的计算出入不大,这也说明了我们计算的正确性。
也许有人还有问题那就是为什么有的油轮和航母差不多的长度,运载能力会是几十万吨呢?
这个就是军用船只和民用船只的区别了,军用船只除了考虑排水量,还要考虑军舰的机动性能。所以军舰基本都是 V 字形以减小航行阻力,而油轮等为了装载更多货物肚子都是鼓鼓的。