為什麼密度小的東西會浮在密度大的上面

2015-07-25 8:35 am
因之前國小同學問我:「為何船浮在水上?」,我說:「因為船密度比水小」
但小學生學又問到:「為什麼密度小的東西會浮在密度大的上面」。我就不知道原因了。
可以請教有對物理相關的高手能幫我解答這問題嗎?

如果是困難的科學原理或理論,能否講的盡量簡單
20點,感激不盡
更新1:

可能問得不夠清楚 簡單來說,如油會浮在水上,我們能自然用密度小來解釋,但為何密度會影響油浮在水上的原因,這點好像從來都沒有了解過,我的問題是在問這個 密度的是質量/體積。但為何密度大小會影響不同物質的間物理上的空間移動? 舉例來說水和油,為何水(密度大)的不會往上浮? 除了觀察得知結果外,能有有個理論或科學觀念來解釋密度造成上升的原因? 除了觀察所有所有密度小的物質相較於密度大的物質會上升而得出的結果,能否有某些科學根據甚至假說來解釋造成的原因呢?

回答 (8)

2015-07-27 7:55 am
✔ 最佳答案
密度越大代表相同體積時,所具有的質量愈大
既然質量愈大,自然就沉得愈深

2015-07-26 23:55:57 補充:
我想你已經懂得密度的原理了
所以就直接解釋囉
還有問題請再追問


關於你追問的問題解釋如下

你今天把鉛球丟到沙攤上
鉛球不會往沙子裡面「鑽」或「自己沉下去」
只會微微陷入沙子中,這是重力造成的,與密度無關
因為沙子的密度小於鉛球,鉛球卻不下沉
沙子仍在鉛球下


但如果你把鉛球丟入水中
它會主動「鑽進去」或「沉下去」你完全不用用手壓,或把水撥開


為什麼呢

因為水會流動,能「流過」鉛球
雖然沙子也會「流動」
但那是推擠的力量跟重力造成的
而且沙子表面粗糙,也阻擋了流動性
但水分子,它只是分子,不是大型顆粒
一來水分子彼此阻力小,二來水分子又會自己「扭動、震動」
若再加上推擠的力量以及密度
鉛球便在水「主動讓位」的情況下往下沉

另外,空氣也會有因為密度不同而彼此流動的情形發生

關於這點你可以用經驗判斷你今天用力丟一艘船到水中
這艘船先是鑽入水中,之後卻又自己浮起來了
為什麼呢?
是有人偷偷把船舉起來嗎?還是船偷偷自己運轉了?當然不是

2015-07-26 23:58:24 補充:
懂了船的原理
我想油跟水的問題你也會懂
畢竟油和水都是會流動的
更好判斷

2015-07-27 00:01:13 補充:
至於科學假說,這又要牽扯到流體力學了
跟黏性有點關係
參考: 這跟化學以及物理都有關係喔, 別想太多
2015-07-30 5:36 am
必須具備以下條件,浮力才會產生作用.
.
1.必須在引力場內,一般情況是地球重力場.若無引力場,即隨處飄散,無浮力可言.
2.物體須有至少一種為流體,不可全部是剛體.例如鐵球放木桌上,那是沉不下去的.
.
再來呢,古典力學-牛頓運動定律-第三定律-作用與反作用力,即可簡易解釋浮力原理.
2015-07-28 7:34 am
因為小學生對壓力的概念可能還不夠,所以這解釋可能不十分嚴謹,但應該有助於理解。

流體有在整個系統的任何方向上傳遞壓力的能力(帕茲卡原理),例如用手按水面時水會從旁邊升高,你壓水的力便成了將旁邊的水推高的力了。
當我們將一個物體和一坨水一起放在水面上時,透過下面的水,物體重量會變成將旁邊那坨水推高的力量,那坨水的重量也會變成將物體推高的力量,因為是要比誰推的贏,為了公平比賽,所以物體高多少,那坨水也要高多少,但是越大的東西雖然越重,但他站的地方下面的水也比較多,大一倍重一倍下面的水也多一倍,下面的水多一倍被撐住的力量也大一倍,所以大沒有用,只要一樣高就公平了,就當兩個都一樣大時密度就決定誰的力氣大,誰會把旁邊的撐起來而自己沉下去,那剛剛也說了「大一倍重一倍.......」所以一樣大時知道了,不一樣大時也還是密度大的贏。

那剛剛提到了要一樣高,當不一樣高的時候呢?
1.物體比水高:那就是物體作弊拉,剛放到水裡時候物體比較高當然推的贏水,但隨著越來越深,和他比賽的水越來越高,如果密度小的話就必須浮在水上,靠比水高的部分作弊才能和水平手(浮著),密度大的就一直沉下去啦。
2.水比物體高:不會啦,水高的話物體上也會有一層水拉,你有我也有,我們是公平的。

關於對壓力的體會,可以讓小學生玩玩這個
http://streetphysics.blogspot.tw/2015/05/blog-post_28.html

引導小學生說雖然用的力大,但是推的水多,只有一點點壓力,用的力小,但是堆的水少,也能有很大的壓力,所以兩個人比賽(力氣差不多)小針筒會推贏,沉和浮就是將水管變成大水缸,大的東西就像是大的針筒,雖重卻不會占優勢。

2015-07-27 23:40:39 補充:
物體是不規則時就連旁邊的水一起算,切一個規則的形狀出來,和他比賽的那坨也切成同樣形狀,然物體多了些水,但旁邊那坨也多了些,所以是公平的。
2015-07-28 6:42 am
不保證絕對正確
事實上我認為,基於流體本身的內聚力(或表面張力)的影響
密度較流體大的物體仍有可能浮起
但通常情況下,它的影響充分小以至於可以忽略

考慮密度較小的物體,沉浸在靜止流體中,所受到的正向力總和
透過穩定流體的壓強公式,我們知道
物體表面某處的壓強有如下關係
P=ρgh
(P為壓強
ρ為流體密度
g為重力加速度
h為物體表面某處的深度
V表物體排開流體體積
P表示P為大小,曲面切面垂直向外方向的向量
n表示1為大小,曲面切面垂直向外方向的向量
k表示向上單位向量)
假設物體表面為一封閉曲面S
得到物體所受到的接觸力如下
(詳細證明請查網路,我也不會啊!!!)
∫s P dS
=ρg∫s hndS
=ρgVk
解讀如下:
若不考慮流體的剪力,則物體所受浮力等於排開流體重
且浮力方向向上
因此,排開流體若密度較物體大
則浮力>重力,向上漂浮
反之,向下沉
因此密度大者沉降,而密度小者漂浮

2015-07-27 22:45:55 補充:
直觀的意義如下:
物體與流體都受到重力牽引向下
但空間有限,所以密度大者向下沉的趨勢更大
密度小者則被向上推擠

2015-07-27 22:49:57 補充:
參看知識家條目:
阿基米德浮力原理的證明
內有論文連結,自行斟酌閱讀吧

2015-07-27 23:18:46 補充:
以上請勿直接採納為真,不保證其正確、嚴謹性
更正:
"∫s"改成"∫∫s"
參考: 所見所聞,所思所學
2015-07-27 11:19 pm
其實這不是什麼艱澀難懂的科學理論
不過是希臘阿仔在洗澡時的發現:
浮力=排開的水重
這浮力,也就是水重,又該怎麼算呢
自然是那浮體的體積和水密度的乘積
而那浮體的重力又該怎麼算呢
自然是其體積和其密度的乘積
既然已知那浮體的密度比水小
兩力相抵那浮體自然往上運動囉
台灣的小學生應該還不懂肥豬公式
等他們上國中再解釋也不遲~
2015-07-25 6:21 pm
可以用浮力解釋,沉在水中的體積越大,浮力越大,密度是 質量/體積,所以相同質量的物體,體積越大越容易浮起來,質量相同,體積變大,所以密度越小當然越容易浮在水上。 如果有密度比水(密度1)大的物體都會沉,可以用剛剛的方法證明
2015-07-25 4:07 pm
Q:
為什麼密度小的東西會浮在密度大的上面?

A:
密度小:好比一顆直徑10公分的氣球,裡面是空心,只裝氣體。對水面施加的壓力較小,再加上它的質量單位小,水面承受壓力就小。水面深度越深就越容易浮上水面,表示水面至水底的厚度很厚。

密度大:譬如一顆直徑10公分的保齡球,裡面是實心,裝不下氣體。體積重量也較重,它是完全的固體,對水面施力點比較集中,會容易往水面下沉。

主要也是跟重量的輕、重有關。空心與實心的戰爭。一個物體內部空心的空間越多越容易浮上水面;相反的,空心的空間越少越容易浮從水面下沉。

一張彈簧床,你把絲毫感覺不出有重量的氣球放在上面,一年過後你再去看那張床依然沒有下陷,那是因為氣球對床來說沒有任何壓力,床不會變形。

相對的,你如果把這顆實心的保齡球放在這張床上,經過一年的時間你再去看那張床,你會發現床下陷了,因為保齡球的重量重再加上保齡球對床的著力點較集中,就會破壞床的水平面往下凹陷。

跟地心引力也有關,重量越重的東西就越會讓地心引力吸引住。
2015-07-25 2:03 pm

密度公式:質量/體積

利用簡單的數學分數分析,質量為分子,體積為分母。計算出來的結果,數字越小,代表密度越小。

換另外一個角度想,密度也是比重,比重比較小的東西和液體相比,密度越小,代表比重越小,就會浮在密度大的液體上面。


收錄日期: 2021-04-24 23:35:25
原文連結 [永久失效]:
https://hk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20150725000015KK00394

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