我们知道,一切物体在重力的作用下,都会产生向下的作用力。液体也不例外,会对容器的底部,甚至侧面和内壁都产生作用力,这一点很容易理解。但是,你有没有想过,液体也有可能产生向上的作用力!
下面,我们通过煤油灯的玻璃管,来验证这一说法的真实性。
第1步:找一块硬纸板,从上面剪一个玻璃管口大小的圆片,只要正好能盖住瓶口就行。
第2步:把小圆片贴在玻璃管的口上,然后把玻璃管倒立浸入水中。
图 将水慢慢倒进玻璃管,圆片会掉下
需要注意的是,在把圆片浸入水里的过程中,我们可以用手指压着圆片,或者用细线拉住圆片,以防止圆片掉落。
当玻璃管浸入水中一定深度时,我们会发现,即便不用手指压或用线拉,圆片一样可以紧贴在玻璃管上。也就是说,水给了圆片一个向上的作用力,使得它没有从瓶口掉下来。
其实,我们甚至可以测量出这个力的大小。如图所示,把另一个玻璃瓶里的水慢慢倒进这个玻璃管里,当内外水位持平的时候,圆片就会掉下来。也就是说,水对圆片产生的向上的作用力正好等于水柱对圆片的向下的作用力。
刚才已经说过,这段水柱的高度就是圆片浸入水中的深度。换句话说,液体会对浸入其中的物体产生的压力就是这么大。同时,正是由于这个原因,物体在液体中会“失去”重量,这就是物理学上著名的阿基米德定律。
我们还可以找几根形状不同但管口大小相同的玻璃管,来检验另一个关于液体的物理定律:
液体对容器底部产生的压力,只与容器的底面积和液面的高度有关,而与容器的形状没有任何关系。
图 纸片在同样的水位落下
我们事先在不同的玻璃管上分别贴上纸条,而且,这些纸条的高度要相同。然后用它们分别进行上面的实验。值得注意的是,把它们浸入水中的深度都是相同的,如图所示。也就是说,每次纸片掉落时,管内的水位都是一样的。只要水柱的成分和高度相同,不管什么形状的水柱,都会产生相同的压力。这个实验关注的是液体的高度,而不是长度,如果水柱倾斜了,只要底面积相同,而且它的垂直高度与竖直方向水柱的高度相同,二者对底部产生的压力也是相同的。