✔ 最佳答案
我想版主大概把浮體和沉體弄混在一起了,所以才有以上的疑問。現在試著說明一下。
浮力 = 物體排開液體體積*液體密度 = 排開的液體重
浮力 = 物體在空氣中重量 - 物體在液體中重量
一物體會浮或會沉,基本上由兩個力量的拉扯而決定。一個是物體在空氣中的重量(往下),一個是所受浮力(往下)。當一物體接觸水面開始往下沉時,空氣中的重量不變,但排開的液體越來越多,由於浮力可視為排開的液體重,所以所受的浮力也越來越大。若物體尚未完全沒頂,只沈入一部分時,他所獲得的浮力已經夠支撐他那固定不變的空氣中重量,上述所說的兩個力量就達成兩力平衡,因此物體無法繼續下沉,停在那邊,成為浮體。此時浮力等於空氣中的重量,由
浮力 = 物體在空氣中重量 - 物體在液體中重量
可知上式中的左式和右式的第一項相等,因此,浮體在液體中的重量為 0 。所以,只有在浮體的狀況下,才能說
浮力 = 物體在空氣中的重量
由於兩力平衡,所以浮體是不可能如你所說,自己沉到液體中不同深處的。
要讓浮體從平衡位置往下沉,沒頂之前的下沉過程中,因為排開的液體又增加,所以浮力(向上)會變大,比空氣中的重量(向下)還大,必須加一個往下的外力壓住物體,他才有可能繼續下沉。所謂浮體是不能有任何其他外力加在他身上的。現在既然有外力下壓,就不能說
浮力 = 物體在空氣中的重量
因為此時浮力已變大,力的平衡變成
浮力 = 物體在空氣中的重量 + 外加往下的力
當物體本應是浮體,卻如此的被壓入液體中,這時若突然將外加的力除去,浮力大於空氣中的重,物體會迅速往上彈,開始冒出液面時,排開的液體體積開始減小,所以浮力也越來越小,直到和空氣中的重量相等就達到平衡,又恢復真正浮體的狀態了。此時又可以說
浮力 = 物體在空氣中的重量
不過這是理想狀況,實際上的狀況是他會往上衝過頭,使排開的液體體積過小,浮力小於空氣中的重,所以又回落,使排開的液體變多以增加浮力,但也會沉過頭,使浮力過大又往上衝,就這樣來來回回在液面上震盪許久,才安定下來,還他浮體本來面目。
接下來討論你說的特殊情況,假設此物體本來是浮體,但很有彈性,若你先加外力將他往下壓到液體中,原本是
浮力 = 物體在空氣中的重量 + 外加往下的力
但壓入深度越深,液體壓力越大,設此物體彈性超大,體積萎縮到原來的一半,那他排開的液體體積也是剛沒入液體時排開液體體積的一半,也就是說,排開的液體重量是原先的一半,因為排開的液體重就是所受的浮力,現在排開的液體重只有原來的一半,所以所受的浮力只有原來的一半。再看一次這時所適用的公式
浮力 = 物體在空氣中的重量 + 外加往下的力
由於浮力大量的減低,若物體真的被壓縮到很小,排開的液重很小,及浮力很小,小到比物體再空氣中的重量還小,就算你把原來外加往下壓的力量除去,仍然是浮力小於物體在空氣中的重量,這時,他就不再是浮體,而是沉體了。
由於浮力小於空氣中的重,他只好無奈的往下沉,而且越沉就越沈重,因為他的體積還會繼續隨沈入的深度而壓縮,因而所受的浮力就更小,因此會加速下沉,直到底面。到底面時又展開新的三力平衡:
空氣中的重量(向下) = 小小的浮力(向下) + 底面的支撐力(往上)
因為體積的壓縮,使浮力不夠,他只好永遠變成沉體了。若無英雄救美的機會來臨,他只好唱著悲歌,永遠住在龍宮了。
2013-02-04 12:55:46 補充:
倒數第三行打錯 更正為
空氣中的重量(向下) = 小小的浮力(向上) + 底面的支撐力(往上)
還有,上面只說明浮體的情況。沒有說明一開始就是沉體的情況。
若是一開始物體往下沉,整個體積沒入液體中時所得到的排開液體體積最多,也就是浮力最大,若此時這個最大浮力仍然無法撐住物體在空氣中的重,由於浮力已經無法再變大,物體就一開始就是沉體了,沒有成為浮體的機會。