乒乓球這種小小的乒乓白色球體,平時(shí)我們都在空氣里看著它蹦蹦跳跳,球水可要是實(shí)驗(yàn)把它扔進(jìn)水里,會(huì)發(fā)生啥事兒呢?靠近這事兒聽起來(lái)簡(jiǎn)單,其實(shí)里面藏著不少有意思的乒乓科學(xué)道理。咱們今天就來(lái)聊聊乒乓球在水里的球水塞克斯頓實(shí)驗(yàn),看看這小小的實(shí)驗(yàn)球能給我們帶來(lái)哪些啟示。
先說(shuō)說(shuō)實(shí)驗(yàn)的靠近基本設(shè)置。找個(gè)足夠大的乒乓水槽,裝滿清水,球水讓乒乓球靜靜地浮在水面上。實(shí)驗(yàn)這時(shí)候你就能發(fā)現(xiàn),靠近乒乓球就像被施了魔法一樣,乒乓穩(wěn)穩(wěn)地漂在水里,球水一點(diǎn)都不會(huì)沉下去。實(shí)驗(yàn)這現(xiàn)象背后其實(shí)很簡(jiǎn)單,主要是浮力的作用。根據(jù)阿基米德原理,物體在液體中所受的浮力等于它排開的液體的重量。乒乓球的密度比水小,所以它排開的克雷湯普森水量足夠讓它浮起來(lái),就像鴨子能浮在水上一樣。
要是你往水里加點(diǎn)兒鹽,乒乓球的表現(xiàn)又會(huì)不一樣。鹽水的密度比清水大,這時(shí)候乒乓球就能排開更輕的水量,反而會(huì)浮得更高。這個(gè)現(xiàn)象其實(shí)跟船在鹽水里浮得更高一個(gè)道理。船在淡水和海水中航行,吃水深度都會(huì)變化,原因就是海水密度更大。乒乓球在鹽水中浮得更高,也是同樣的道理。
如果把乒乓球按進(jìn)水里,再松手,它會(huì)猛地彈回來(lái)。這個(gè)現(xiàn)象背后是水的表面張力在起作用。水分子之間有相互吸引的力,形成一層像彈性膜一樣的表面。乒乓球碰到水面時(shí),會(huì)被這層表面張力托住,薩林杰所以會(huì)彈回來(lái)。這個(gè)現(xiàn)象在微小的尺度上特別明顯,就像水黽能在水面上行走一樣。
要是把乒乓球放在水底下,再慢慢松手,它會(huì)先下沉到水底,然后又彈上來(lái)。這個(gè)過(guò)程中,乒乓球先克服重力下沉,然后又因?yàn)樗淖枇νV瓜鲁?,最后在浮力的作用下浮上?lái)。這個(gè)現(xiàn)象其實(shí)跟潛水艇的原理有點(diǎn)像,潛水艇通過(guò)調(diào)整自身的密度來(lái)控制浮沉。
乒乓球在水里還會(huì)產(chǎn)生有趣的波紋。當(dāng)乒乓球上下浮動(dòng)時(shí),會(huì)擾動(dòng)周圍的水面,形成一圈圈擴(kuò)散的波紋。這個(gè)現(xiàn)象其實(shí)跟聲波傳播有點(diǎn)像,都是能量在介質(zhì)中的傳播。只不過(guò)聲波是湖人vs籃網(wǎng)空氣中的振動(dòng),水波是水面上的起伏。
要是把乒乓球放在流速不同的水流中,它的表現(xiàn)又會(huì)不一樣。在慢水流里,乒乓球會(huì)跟著水流慢慢移動(dòng)。但在快水流里,乒乓球會(huì)被沖得東倒西歪,甚至可能被沖到水邊。這個(gè)現(xiàn)象其實(shí)跟河流里的鵝卵石有關(guān),水流速度不同,沉積的石頭大小也不同。
乒乓球在水里還會(huì)產(chǎn)生旋渦。當(dāng)乒乓球快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),會(huì)帶動(dòng)周圍的水一起旋轉(zhuǎn),形成小小的旋渦。這個(gè)現(xiàn)象在游泳時(shí)特別明顯,高手劃水時(shí),水面上會(huì)形成一圈圈旋轉(zhuǎn)的水紋。其實(shí),很多運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目里都有類似的弗雷戴特現(xiàn)象,比如乒乓球運(yùn)動(dòng)員旋轉(zhuǎn)球拍時(shí),球就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),飛行的軌跡也會(huì)不一樣。
要是把乒乓球放在不同深度的水里,它的浮力也會(huì)變化。在淺水區(qū),乒乓球排開的水量少,浮力?。辉谏钏畢^(qū),排開的水量大,浮力大。這個(gè)現(xiàn)象其實(shí)跟船只的吃水深度有關(guān),船在淺水區(qū)吃水深度大,在深水區(qū)吃水深度小。
乒乓球在水里還會(huì)受到水流的阻力。當(dāng)乒乓球在水中移動(dòng)時(shí),會(huì)碰到水分子,產(chǎn)生阻力。這個(gè)阻力的大小跟水流速度、乒乓球大小、形狀都有關(guān)系。游泳運(yùn)動(dòng)員會(huì)通過(guò)改變身體姿勢(shì)來(lái)減小阻力,乒乓球運(yùn)動(dòng)員也會(huì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)球拍來(lái)改變球的飛行軌跡。
要是把乒乓球放在不同溫度的水里,它的表現(xiàn)也會(huì)不一樣。在熱水里,水分子運(yùn)動(dòng)更劇烈,乒乓球會(huì)浮得更高。在冷水里,水分子運(yùn)動(dòng)較慢,乒乓球浮力小。這個(gè)現(xiàn)象其實(shí)跟熱氣球原理有點(diǎn)像,熱氣球里加熱空氣,空氣密度變小,熱氣球就能飛起來(lái)。
乒乓球在水里還會(huì)產(chǎn)生氣泡。當(dāng)乒乓球從水底浮上來(lái)時(shí),會(huì)帶動(dòng)周圍的水一起上升,形成氣泡。這個(gè)現(xiàn)象在深水區(qū)特別明顯,潛水員上升時(shí),要慢慢來(lái),不然容易產(chǎn)生氣泡,導(dǎo)致身體不適。其實(shí),很多生物都有類似的機(jī)制,比如魚鰾就是通過(guò)調(diào)節(jié)氣泡的大小來(lái)控制浮沉。
乒乓球在水里還會(huì)產(chǎn)生共振。當(dāng)乒乓球在特定頻率的水流中運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)像琴弦一樣產(chǎn)生共振,聲音特別響亮。這個(gè)現(xiàn)象在音樂(lè)里特別常見,很多樂(lè)器都是利用共振來(lái)發(fā)出聲音的。其實(shí),很多自然現(xiàn)象里都有共振,比如風(fēng)吹過(guò)樹葉會(huì)發(fā)出沙沙聲,就是樹葉在共振。
要是把乒乓球放在不同密度的液體里,比如油水混合物,它的表現(xiàn)會(huì)更有趣。乒乓球在油水混合物里會(huì)停在油水界面,因?yàn)橛偷拿芏缺人。古仪虻拿芏缺扔痛?,比水小,所以它?huì)停在油水界面。這個(gè)現(xiàn)象其實(shí)跟分液漏斗原理有點(diǎn)像,分液漏斗就是利用不同液體密度不同來(lái)分離液體的。
乒乓球在水里還會(huì)受到水的粘滯力。當(dāng)乒乓球在水中移動(dòng)時(shí),會(huì)碰到水分子,產(chǎn)生粘滯力。這個(gè)粘滯力的大小跟水溫、乒乓球大小、形狀都有關(guān)系。游泳運(yùn)動(dòng)員會(huì)通過(guò)改變身體姿勢(shì)來(lái)減小粘滯力,乒乓球運(yùn)動(dòng)員也會(huì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)球拍來(lái)改變球的飛行軌跡。
要是把乒乓球放在不同深度的水里,它的浮力也會(huì)變化。在淺水區(qū),乒乓球排開的水量少,浮力小;在深水區(qū),排開的水量大,浮力大。這個(gè)現(xiàn)象其實(shí)跟船只的吃水深度有關(guān),船在淺水區(qū)吃水深度大,在深水區(qū)吃水深度小。
乒乓球在水里還會(huì)受到水流的阻力。當(dāng)乒乓球在水中移動(dòng)時(shí),會(huì)碰到水分子,產(chǎn)生阻力。這個(gè)阻力的大小跟水流速度、乒乓球大小、形狀都有關(guān)系。游泳運(yùn)動(dòng)員會(huì)通過(guò)改變身體姿勢(shì)來(lái)減小阻力,乒乓球運(yùn)動(dòng)員也會(huì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)球拍來(lái)改變球的飛行軌跡。
總的來(lái)說(shuō),乒乓球在水里的實(shí)驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單,但里面藏著不少有意思的科學(xué)道理。從浮力、表面張力到水流阻力,每個(gè)現(xiàn)象背后都有深刻的科學(xué)原理。這些原理不僅適用于乒乓球,也適用于很多自然現(xiàn)象和科技應(yīng)用。比如,船只的浮沉、飛機(jī)的飛行、游泳運(yùn)動(dòng)員的姿勢(shì),都跟這些原理有關(guān)。所以,下次看到乒乓球在水里浮來(lái)浮去時(shí),不妨多觀察觀察,說(shuō)不定能發(fā)現(xiàn)更多有趣的科學(xué)現(xiàn)象呢。
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