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空心铁球在水中的沉浮

                                      

作   者：刘德华（湖北钟祥市东桥中学）

     要使密度大于液体密度的材料浮在液面上，可以把它制成空心，让它排开更多的液体．那么，是否成了空心的物体就一定能浮在液面呢？下面研究空心铁球在水中沉浮的临界条件．
     我们知道，物体在液体中的沉浮是由物体受到的重力和它在液体中受到的浮力共同决定的．当F_浮＞G时，物体上浮；当F_浮＜G时，物体下沉；当F_浮＝G时，物体可停留在液体中的任意位置（悬浮）．对于由密度大于水的铁制成的空心铁球，则要看空心部分的体积占总体积的比值即空心程度的大小．
      物体的沉浮以悬浮为界，由于F_浮＝ρ_水gV_球，G＝ρ_铁gV_铁，空心铁球悬浮时F_浮＝G，所以有
      ρ_水gV_球＝ρ_铁gV_铁，由此得到：
       ，则
        ＝1－12.7％＝87.3％．
      于是，我们得到以下研究结论：当 ＞87.3％时，铁球上浮；当 ＝87.3％时，铁球悬浮；当 ＜87.3％时，铁球下沉．
     （本文刊载于《中学物理报》1997年第10期）

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【作者: 湖北刘德华】【访问统计:】【2005年03月11日 星期五 20:52】【注册】【打印】