浮沉子

用來演示液體浮力的儀器

浮沉子是一種用來演示液體浮力、氣體具有可壓縮性以及液體對壓強的傳遞的儀器,是法國科學家笛卡兒創造的。浮沉子的浮沉是在外加壓強作用下,靠改變它的排水體積來實現的。根據帕斯卡定律,當空氣被壓縮時,將壓強傳遞給水,水被壓入瓶體中,將瓶體中的空氣壓縮,這時浮沉子里進入一些水,排水體積不變,所受的重力大於它受到的浮力,於是向下沉。手離開橡皮膜,筒內水面上的空氣體積增大,壓強減小,浮沉子裡面被壓縮的空氣把水壓出來,此時排水體積增大,浮沉子的重力小於它所受的浮力,因此它就向上浮。

概述


又名“浮沉玩偶”、“潛水娃娃”,在國內首見於《教育月刊》第132期(1990年9月)。
Richard Frazier 以「A PHILOSOPHICAL
TOY」為篇名,詳細討論這個名詞,認為與哲學家笛卡爾有關。
浮沉子
浮沉子

實驗


浮沉子
浮沉子
它是法國科學家笛卡爾(1596—1650)所創造。它是玻璃制的小瓶體,其下端開有小孔,水可通過小孔進出瓶體。把它放入高貯水筒中,並使之浮在水面上。用薄橡皮膜把筒口蒙住並紮緊,用手按橡皮膜,筒內的水和空氣是在密閉的容器內。當手對橡皮膜施加的壓力適當時,浮沉子便懸浮在水中的任意深度上。浮沉子的浮沉是在外加壓強作用下,靠改變它的排水體積來實現的。潛水艇與浮沉子升降道理相同。
浮沉子實驗形式多樣。一般都是通過外部壓強的變化,改變浮沉子內部氣體的體積,從而達到控制其沉浮的目的。製作浮沉子要掌握兩個要點:第一,浮沉子內部必須有一定量的氣體(因固體、液體的體積不易隨壓強的變化而變化);第二,要控制好整個浮沉子的平均密度,使外界壓強較小時,整個浮沉子的平均密度稍稍小於周圍液體的密度。

簡易製作


方法一

器材:1000ml透明有蓋塑料瓶,中號滴管/筆帽橡皮泥塑料瓶
操作:
(1)在滴管中吸入適量的水,使其恰好能浮在水面上(用手輕點滴管的橡皮頭,滴管即會沉入水中,后又緩緩浮上。
(2)塑料瓶裝滿水后將滴管放入,然後蓋緊瓶蓋(盡量做到不漏氣)
(3)用力擠壓塑料瓶,可看到滴管下沉。撤去壓力,可看到滴管上浮。用力得當,可使滴管停止在水中某一位置。注意瓶中水盡量裝得滿一些,殘留的氣體越少,實驗效果越好。
操作:
1.要選用筆套的頂端完全封閉的,沒有小氣孔。
2.用小小的一塊油黏土包住鉛筆的筆芯后,塞住筆套口,抽出筆芯后,就留一個小孔,以便水的進出,好調整浮沉子的重量。
3.調整浮沉子的重量(增減筆套內的水量,或增減油黏土的量),使浮沉子只浮出水面一點點。

方法二

器材:火柴梗,細漆包線試管,清水。
操作:
(1)取一火柴梗,在其一端繞一小段細漆包線。調節漆包線的重力,使火柴梗恰能豎直懸浮在水面附近。
(2)用拇指按沒試管口,使拇指和試管內水面間不留空隙。當用拇指向下壓水時,火柴梗就會下沉;減少拇指壓力,火柴梗又會徐徐上升。
注意:
應選用木質火柴梗,因木質是多孔的,其中所附空氣的體積會隨拇指對水的外加壓強而變化,從而成為一個簡易的“浮沉子”。

方法三

器材:普通飲料瓶,吸管(大於8厘米),曲別針
操作:
(1)剪下一段吸管,長度在八厘米左右;將其對摺。用兩個曲別針分別卡在吸管兩端。“浮沉子”就完成了
(2)用水將瓶子灌滿,然後將“浮沉子”放入水中,使其恰能浮於水面上。
(3)扣緊瓶蓋,輕按瓶身,你會發現“浮沉子”往下移動;鬆開手,“浮沉子”又會向上移動;當用力恰當時,“浮沉子”會懸浮於瓶體中央。
注意:如果製作后的“浮沉子”浮於水面部分過多,請稍微剪短吸管。

方法四

找一個600ml的飲料瓶,和一個裝口服液的瓶子,先把飲料瓶裝滿水,放在一邊,把小瓶子里裝大約一半水,記下小瓶子里的水量(因為幾乎都不可能一次成功,方便失敗后調整),把裝過水的小瓶子口用食指堵上,倒扣進飲料瓶,注意別讓小瓶子里的水漏出來,擰緊蓋子,捏飲料瓶,如果不下去說明小瓶子里水少了,如果下去不上來,說明水多了。