高中物理:钢球在水中向下做匀加速直线运动,问物体受到的浮力是否改变?

原题:台秤上面有一个固定在台秤秤盘上的支架,支架上拴着一根细线,细线下面吊着一个钢球,钢球浸没在放在秤盘上的有水的烧杯中的水中,现在突然剪断细线,问台秤示数变化。
我知道答案,不用说答案,我只是想问:剪断细线后钢球在水中向下做匀加速直线运动过程中,钢球受到的浮力是否改变?为什么?
补充:钢球加速下降,一定还有一个同体积的水球以同样加速度加速上升,请问这个水球受到几个力,都是那个方向?
问:钢球下降就会有水来填充。你说的对总液面的高度不变,设无限短时间钢球下降了距离x,那被它下降挤走的水去哪里了?很显然填充了它刚才的位置,那么两者体积必然相等,也就是说一定有一个等体积的水球回填了它刚才的位置,同时水球的位移大小也是钢球的位移大小,也就是说水球的加速度与钢球的加速度等大反向。好了继续回答吧。

先回答问题,浮力不变。
再要感叹一句"设无限短时间钢球下降了距离x",初中生能这样想还是很值得肯定的。
下面我也按照你的思维方式来试一下。
水球在运动,是不是在对水起作用,那么还要研究除开水球外的水的受力情况,其它水是不是又要作用在钢球上,所以不是那么简单吧?
1、你是否同意暂时放开“水球”这个想法,或者不是水球,是许多微小的质点(微小的水单元)。当然在你的想法中它们合在一起,就是水球。在一楼的想法中它们要服从流体力学。
2、那么这些质点到底受什么力呢。这里为了达到你的想法,有一些假设条件,a、质点之间不存在摩擦(就是假设水没有粘度),质点不对其中的物体造成摩擦(还是没有粘度的意思);b、不用考虑这些质点到底是怎么合在一起的,也就是说不管它们怎么流动,反正是来到了这个位置。
许多质点来到钢球的位置,事实上整个过程中质点间只存在表现为压强的作用和反作用(其实浮力也是这么一回事)。所以,你所谓的水球受到来自各个方向的压强(但是水已经不是静止的了,所以不是简单的水深密度这样来算),至于整个过程中各点压强的大小,还真满足不了你的求知欲(无穷大的容器也许还勉强可以建立一个不完整的微分关系)。
3、浮力到底是怎么回事?
浮力指物体在流体中,上下表面所受的压力差。如果你不喜欢用阿基米德原理,那么你可以用面积分(这个又到了大学了,但是算出来还是阿基米德原理)。或者干脆认为浮力是流体的一种性质,其实浮力就是流体密度的一种体现,跟你扔进去什么,怎么扔没有一毛钱关系。如果有关系那就不叫浮力了,而是包括了其它因素的反作用力。
没有指望说服你,但是不想你想得太辛苦。
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第1个回答  2012-12-05
如果是在高中物理中,各种情况都是理想情况下,这个题应该是浮力不变的。因为物体在水中所受的浮力仅仅与其排开水的体积有关。
但是在实际中,这个力应该是变的,物体在水中运动不仅仅受到“浮力”,液体的阻力,粘滞系数等等都影响物体受到的力的大小。而且单从浮力因素看,如果物体运动过快,造成其运动的反方向上也就是物体的尾部可能出现真空,这就造成了物体所受的力不仅仅等于其排开水的体积的情况。
单从出题的意图上,我觉得高中时不必考虑那么多。浮力按不变即可,此题可能考的是浮力的定义,决定因素等。
祝楼主好运追问

钢球加速下降,一定还有一个同体积的水球以同样加速度加速上升,请问这个水球受到几个力,都是那个方向?

追答

额,这个貌似我物理忘得多了。综合来说你说的有一个水球上升是不妥的,因为上升的不是“球形”
的水,是有水不断补充了原来球的位置,水受到一个垂直向下的力,大小由物体重力体积加速度等决定,这个力是物体给的。但是这样水应该是向下去的,所以水还要受到容器给的力,(叫做压力么,额我不清楚),这个力是垂直向上的(如果细细追究球不同位置的小的水单元,这个力的方向就有些复杂了)。这两个力,加上水自身重力的综合作用,使水不断地填补原来钢球的位置。
高中毕业好几年了,大学没学流体力学,可能有不对的地方,楼主莫怪。、
刚看了,你的问题补充,我知道你想知道什么了
天平的示数是减小的,减小的值是物体加速度乘以质量后除以重力加速度(是一个质量值)。水受到一个物体重力减去加速度乘以质量的力,另外还有容器给的力。
如果还想详细的话m我吧

追问

你既然都说了,水会填充钢球里去的空间,那我想问,钢球加速下降,单位时间下降的距离会越来越大,那么水必然会越来越快的填充,不管你把这部分水叫什么形状,为什么不能说它加速上升?
我问的是它受到几个力?浮力在这里又是什么?不要左右而言他,我是真心求教的。

追答

在流体里面发生运动,不是单单一个浮力的物理术语可以解释的。还要有粘滞力等的影响,而且速度足够快后,水也不是可以立刻能马上补充球队的位置的,球的速度越快他的后面就会拖着一条越长的真空带。这下应该理解了吧。如果你是个高中生追究到这里就够了,流体受力不像固体一样,他的不同部分受力千差万别,尤其是涉及到运动的时候,不是一个力能描述的,要一个或者一组方程才能表达清楚这些力。我现在只能告诉你这里的水受到三个力,容器的力,重力,物体的给的力。就这三个。物体加速下降,通过水把力传递给了容器。最终是相当于是容器给了物体一个阻力。
浮力只是液体在各个方向上给物体的一个合力,描述静态物体还行,到了运动时,不是那么的好用,尤其是高速时我们都不知道无题后面那条真空的尾巴多大,浮力这个概念就不是那么好用了。大学后你会学其他的力学概念。
另外,孩子,爱学习,爱钻研是好事,能在这儿码这么多字你以为就为了百度的那点分么,有个屁用啊。我们是想乘着没事帮帮人。有的问题以你目前的知识三两句说不清楚。所以,向人求教的时候还是虚心点好,不要比答题人都不耐烦。我们不是你的老师,更没受什么好处,没有任何的义务教你。

第2个回答  2012-12-11
提问人的探索精神值得肯定。
但所提出的进一步的问题都是大学里才要学的内容了,他们包含在流体力学与水力学中。
这些力学理论,都是从质点运动的微单元分析入手,所以要用到许多大学才学的分析数学后才学这些知识的。
第3个回答  2012-12-05
浮力=排液体积×液体密度×重力常数。三项都不变,所以相乘后的浮力不变。追问

钢球加速下降,一定还有一个同体积的水球以同样加速度加速上升,请问这个水球受到几个力,都是那个方向?

追答

钢球在空气中下降加速度g,在水中小于g,那你想想减小的那个力哪去了?不就用于水球上升了吗

第4个回答  2012-12-05
钢球排开水的体积不变,当然浮力不变。追问

钢球加速下降,一定还有一个同体积的水球以同样加速度加速上升,请问这个水球受到几个力,都是那个方向?

追答

你仔细想想,真的有水球加速上升吗?比方说,这个钢球是沉入水中2cm深处(全部沉入),现在运动到了5cm深处(不管是加速还是匀速的下沉)。你觉得水面会上升吗?钢球一直都是全部沉入水中的,不管在水中怎么运动,它所占据的体积都是一样大小,那么容器里面的水面的高度就始终都是不变的啊。那么怎么会有一个同体积的水球以同样加速度加速上升呢?

追问

问:钢球下降就会有水来填充。你说的对总液面的高度不变,设无限短时间钢球下降了距离x,那被它下降挤走的水去哪里了?很显然填充了它刚才的位置,那么两者体积必然相等,也就是说一定有一个等体积的水球回填了它刚才的位置,同时水球的位移大小也是钢球的位移大小,也就是说水球的加速度与钢球的加速度等大反向。好了继续回答吧。

追答

按你这样等效,那也只能等效为源源不断的有新的水上升补在钢球的空位,而不是一个水球加速上升。水是升上去就停下。而且这个是应该是流体填补空位,需要流体力学,不能用质点受力来考虑。

追问

回答不出就不要乱说了,就研究钢球下降的时候,对应的水来填充,当然水会加速填充的,不要告诉我一道高中物理题还要学习大学的流体力学吧,初中我就知道流线了,就知道流线密集的地方压强小,跟我的提问有什么必然联系吗,认为我问高中物理就拿大学的东东忽悠我?

追答

那我现在说说,你看是不是所谓的一个水球加速上升。在3cm处,下沉到4cm处时,按你说的一个水球从3cm处上升到了4cm处。从4cm处上升到5cm处时,另一个水球(不是升到3cm的水球了)从5cm处上升到4cm处,继续这个过程,不断的是新的水球从6cm处升到5cm处。从7cm处升到6cm处。你觉得这是等效为一个水球加速上升吗?
至于你说的“不要告诉我一道高中物理题还要学习大学的流体力学吧”,本来就没这个必要,这个题考的是浮力,你直接按照浮力等于排开水的重力去算,简简单单,与流体力学没任何关系。是你自己要去考虑钢球加速下降,等效水球加速上升的问题。却又不肯承认水流的填补空位是流体力学的范畴。一定要按照质点去考虑。想到哪一步,就是哪一步的知识。别以为流体力学就是简简单单的一点“流线了,就知道流线密集的地方压强小”,如果就这么简单,流体力学也就不会专门从力学中分化出来成为单独的一门学科了。

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