【题目】如图所示,在斜面CD上放有一个装有水的容器。当容器在斜面上不动的时候,水面AB是水平的。假设斜面非常光滑,如果让容器沿着斜面向下滑,容器里的水面AB还是水平的吗?
图 盛有水的容器沿斜面下滑,容器中的水平面还能保持水平吗?
【解答】通过实验,我们可以得到这样的结论:当盛有水的容器沿着没有摩擦力的斜面滑下去的时候,容器里的水面跟斜面是平行的。这是为什么呢?
如图所示,对于容器里的水来说,任意质点的重力P都可以分解为力Q和R。力R会使容器和水沿着斜面CD运动。此时,由于容器和水的运动速度是一样的,所以每个质点对杯壁的压力和静止时也是一样的。而分力Q则使质点对容器的底部形成了一个压力。每个质点的分力Q都对容器底部形成了压力,它们的合力与重力对所有静止液体的压力是一样的,这就使得水面AB垂直于力Q的方向。也就是说,水面AB与斜面CD是平行的。
图 图所示题目的答案。
如果将问题变化一下,让容器在斜面上匀速滑行呢?也就是有摩擦力存在,这时,水面会是什么样子?
我们很容易得出:这时候,容器里的水面并不是倾斜的,而是水平的。关于这一点,我们可以这样分析:容器进行的是匀速运动,所以在机械现象上,它跟静止状态是一样的,不会有任何变化。
那么,上述解释是否正确呢?我们说,这是非常正确的。容器在斜面上进行的是匀速运动,所以对于容器壁来说,质点并没有产生加速度,而对于容器里的水来说,质点在力R的作用下,会压向容器壁。所以,水的质点会受到力R和力Q的作用,最终形成了一个合力P,合力P就是质点的重力,它的方向是竖直的。也就是说,这时候的水面AB是水平的。可能在运动一开始,容器还没有进行匀速运动的时候,容器里的水面不是水平的,不过这段时间会非常短,一旦容器开始进行匀速运动,水面就会变成水平的。