神奇的浮力

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  • jiàn
  •   在自然界,我们经常可以看到一些司空见
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  • 惯的现象,但有时并没有想过造成这种现象的
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  • 原因。例如当被问到船只在海里沉没时,最终
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  • 会停止在何处?这与海水的深度有关吗?大家
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  • dàn
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  • shí
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  • 一定回答是沉入海底。但是为什么会这样呢?
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  • xià
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  • 有人会说是由于重力的作用。而听了下面的解
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  • me
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  • ne
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  • zhǒng
  • shuō
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  • ma
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  • 释,你又会怎么想呢?你认为这种说法对吗?
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  • yóu
  • ā
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  • zhī
  • dào
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  • de
  •   由阿基米德的浮力原理可知道,物体的
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  • jué
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  • píng
  • jun
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  • ér
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  • 飘浮性决定于客观存在的平均密度,而不是它
  • de
  • zhòng
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  • de
  • píng
  • jun
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  • 的重量。如果物体的平均密度比液体的密度大
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  • me
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  • xià
  • chén
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  • xiàng
  • tóng
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  • jiù
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  • ,那么它就下沉;密度相同时,物体就可悬浮
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  • shēn
  • chù
  • de
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  • shòu
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  • shuǐ
  • de
  • zhòng
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  • 在液体中。深处的水由于受到上面水的重压,
  • huì
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  • jiā
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  • hǎi
  • shuǐ
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  • shēn
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  • yuè
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  • dào
  • le
  • 密度会增加,海水越深,密度越大,那末到了
  • xiàng
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  • de
  • shēn
  • chù
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  • hǎi
  • shuǐ
  • de
  • jiù
  • dào
  • chuán
  • 相当的深处,海水的密度一定就可以达到与船
  • de
  • píng
  • jun
  • xiàng
  • děng
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  • shǐ
  • chuán
  • chén
  • dào
  • chù
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  • jiù
  • huì
  • zài
  • 的平均密度相等。假使船沉到此处,就不会再
  • chén
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  • wéi
  • zài
  • chén
  • jiù
  • huì
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  • dào
  • gèng
  • de
  • hǎi
  • shuǐ
  • 沉下去,因为再沉去就会碰到密度更大的海水
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  • ér
  • bèi
  • tuī
  • shàng
  • lái
  • le
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  • yīn
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  • chén
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  • huì
  • xuán
  • zài
  • xiàng
  • dāng
  • shēn
  • ,而被推上来了。因此,沉船会悬浮在相当深
  • de
  • hǎi
  • shuǐ
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  • ér
  • chén
  • dào
  • hǎi
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  • 的海水里,而不一定沉到海底。
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  • hǎo
  • xiàng
  • jié
  • lùn
  • hěn
  • zhèng
  • què
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  • yīn
  • wéi
  • hǎi
  • yáng
  • shēn
  • chù
  • de
  • qiáng
  •   好象结论很正确,因为海洋深处的压强
  • shì
  • fēi
  • cháng
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  • zài
  • hǎi
  • yáng
  • zhōng
  • shēn
  • měi
  • zēng
  • jiā
  • 10
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  • měi
  • píng
  • 是非常巨大。在海洋中深度每增加10米,每平
  • fāng
  • jiù
  • zēng
  • jiā
  • 10
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  • 094
  • niú
  • dùn
  • de
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  • zhè
  • xiàng
  • dāng
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  • 方厘米就增加10094牛顿的压力,这相当于1
  • biāo
  • zhǔn
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  • zài
  • duō
  • fāng
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  • hǎi
  • yáng
  • de
  • shēn
  • yǒu
  • hǎo
  • 标准大气压。在许多地方,海洋的深度有好几
  • qiān
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  • de
  • qiáng
  • shì
  • fēi
  • cháng
  • de
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  • yǒu
  • de
  • hǎi
  • 千米,那里的大气压强是非常巨大的。有的海
  • yuán
  • cháng
  • méi
  • yǒu
  • jīng
  • yàn
  • de
  • kāi
  • wán
  • xiào
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  • yòng
  • hěn
  • zhǎng
  • de
  • shéng
  • 员常和没有经验的旅客开玩笑,用很长的绳子
  • sāi
  • jǐn
  • píng
  • sāi
  • de
  • kōng
  • píng
  • shàng
  • zhòng
  • chén
  • hěn
  • shēn
  • de
  • hǎi
  • 把一塞紧瓶塞的空瓶子系上重物沉入很深的海
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  • dāng
  • píng
  • shàng
  • lái
  • shí
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  • miàn
  • jìng
  • zhuāng
  • mǎn
  • le
  • hǎi
  • shuǐ
  • 1
  • 里。当把瓶子提上来时,里面竟装满了海水1
  • hěn
  • jīng
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  • yīn
  • wéi
  • píng
  • sāi
  • réng
  • zài
  • shàng
  • miàn
  • jǐn
  • jǐn
  • sāi
  • zhe
  •  
  • 客很惊讶,因为瓶塞仍在上面紧紧地塞着。其
  • shí
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  • zhè
  • shì
  • hǎi
  • shuǐ
  • de
  • qiáng
  • zài
  • zuò
  • guài
  •  
  • dāng
  • píng
  • xià
  • chén
  • shí
  •  
  • 实,这是海水的压强在作怪。当瓶子下沉时,
  • shēn
  • shuǐ
  • zhōng
  • de
  • gāo
  • píng
  • sāi
  • píng
  • zhōng
  •  
  • shǐ
  • píng
  • zhuāng
  • mǎn
  • shuǐ
  • 深水中的高压把瓶塞压入瓶中,使瓶子装满水
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  • píng
  • shàng
  • lái
  • shí
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  • yóu
  • jiǎn
  • xiǎo
  • shuǐ
  • péng
  • zhàng
  • ér
  • píng
  • ;瓶子提上来时,由于压力减小水膨胀而把瓶
  • sāi
  • tuī
  • huí
  • yuán
  • chù
  •  
  • 塞推回原处。
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  • xiàn
  • zài
  • men
  • zài
  • huí
  • dào
  • yuán
  • lái
  • de
  • chén
  • chuán
  • wèn
  • shàng
  •  
  • suī
  •   现在我们再回到原来的沉船问题上。虽
  • rán
  • hǎi
  • yáng
  • shēn
  • chù
  • yǒu
  • zhe
  • de
  • qiáng
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  • dàn
  • shì
  • shuǐ
  • xiàng
  • suǒ
  • yǒu
  • 然海洋深处有着巨大的压强,但是水象所有液
  • yàng
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  • néng
  • bèi
  • suō
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  • jiù
  • shì
  • shuō
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  • lùn
  • duō
  • 体一样,几乎不能被压缩。也就是说,无论多
  • de
  • qiáng
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  • zǒng
  • néng
  • shuǐ
  • yuán
  • lái
  • xiǎo
  • hěn
  • 大的压强,总不能把水压得比它原来体积小很
  • duō
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  • 1
  • zhī
  • néng
  • shǐ
  • shuǐ
  • de
  • suō
  • xiǎo
  • 1
  •  
  • 22000
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  • jiù
  • 多。1大气压只能使水的体积缩小122000。就
  • shì
  • zài
  • zuì
  • shēn
  • de
  • hǎi
  • yáng
  • xià
  •  
  • shuǐ
  • de
  • zēng
  • jiā
  • dào
  • 5
  •  
  • 是在最深的海洋下,水的密度也增加不到5
  •  
  • néng
  • zēng
  • jiā
  • dào
  • chuán
  • de
  • yàng
  •  
  • suǒ
  • chuán
  • zài
  • ,不可能增加到与船的密度一样大,所以船在
  • bān
  • hǎi
  • chén
  • méi
  • shí
  •  
  • háo
  • wèn
  • dōu
  • huì
  • chén
  • dào
  • hǎi
  •  
  • 一般海里沉没时,毫无疑问地都会沉到海底。
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  • dàn
  • duì
  • xiē
  • nèi
  • de
  • shū
  • hǎi
  • lái
  • jiǎng
  •  
  • shì
  • lìng
  • wài
  •   但对一些内陆的特殊海来讲,则是另外
  • zhǒng
  • qíng
  • kuàng
  •  
  • hǎi
  •  
  • de
  • hǎi
  • shuǐ
  • hěn
  • gāo
  •  
  • píng
  • 一种情况。例如死海,它的海水密度很高,平
  • cháng
  • de
  • hǎi
  • shuǐ
  • yuē
  • hán
  • yán
  • 2
  •  
  • huò
  • 3
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  •  
  • ér
  • hǎi
  • shuǐ
  • de
  • hán
  • yán
  • 常的海水约含盐2%或3%,而死海里水的含盐
  • liàng
  • gāo
  • 27
  •  
  • shàng
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  • jiù
  • shì
  • shuō
  • yǒu
  • 1
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  • 4
  • de
  • zhòng
  • liàng
  • shì
  • yán
  •  
  • 量高达27%以上。就是说有14的重量是盐,
  • suǒ
  • de
  • hǎi
  • shuǐ
  • de
  • hěn
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  • rén
  • chuán
  • dōu
  • huì
  • chén
  • 所以那里的海水的浮力很大,人和船都不会沉
  • méi
  • shuǐ
  • zhōng
  •  
  • guǒ
  • rén
  • zài
  • hǎi
  • zhōng
  • yóu
  • yǒng
  •  
  • jué
  • duì
  • yān
  • 没于水中。如果人在死海中游泳,绝对淹不死
  •  
  • yǎng
  • tǎng
  • zài
  • shuǐ
  • miàn
  • shàng
  •  
  • shèn
  • zhì
  •  
  • wán
  • quán
  • tái
  • 。你可以仰躺在水面上;甚至,完全可以抬起
  • tóu
  • lái
  •  
  • ràng
  • shēn
  • zài
  • shuǐ
  • miàn
  • shàng
  • zhe
  •  
  • zhī
  • yǒu
  • jiǎo
  • gēn
  • jìn
  • shuǐ
  • 头来,让身体在水面上浮着,只有脚跟浸入水
  • zhōng
  •  
  • yīn
  • shuō
  • shì
  • zài
  • shuǐ
  • yóu
  • yǒng
  •  
  • hái
  • shuō
  • shì
  • zài
  • 中。因此与其说是在水里游泳,还不如说是在
  • shuǐ
  • miàn
  • shàng
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  • yóu
  • yǒng
  •  
  •  
  • 水面上“游泳”。
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  • men
  • guǒ
  • zǎi
  • guān
  • chá
  • chuán
  • xián
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  • huì
  • xiàn
  • men
  • shàng
  •   我们如果仔细观察船舷,会发现它们上
  • miàn
  • dōu
  • huà
  • le
  • ruò
  • gàn
  • tiáo
  • héng
  • xiàn
  • --
  • chī
  • shuǐ
  • xiàn
  •  
  • biǎo
  • shì
  • chuán
  • zài
  • 面都画了若干条横线--吃水线。它表示船在各
  • zhǒng
  • de
  • shuǐ
  •  
  • mǎn
  • zǎi
  • shí
  • de
  • zuì
  • chī
  • shuǐ
  • shēn
  •  
  • chāo
  • guò
  • 种密度的水里,满载时的最大吃水深度,超过
  • xiàn
  •  
  • chuán
  • jiù
  • néng
  • xià
  • chén
  •  
  • zài
  • tóng
  • de
  • hǎi
  • yáng
  • zhōng
  •  
  • shuǐ
  • de
  • 此线,船就可能下沉。在不同的海洋中,水的
  • tóng
  •  
  • chī
  • shuǐ
  • xiàn
  • zài
  • xián
  • shuǐ
  • jiào
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  • zài
  • dàn
  • shuǐ
  • 密度不同。吃水线在咸水里比较低,在淡水里
  • jiào
  • gāo
  •  
  • zhè
  • xiē
  • chī
  • shuǐ
  • xiàn
  • de
  • wèi
  • zhì
  • shí
  • shàng
  • yǒu
  • 比较高。这些吃水线的位置实际上也与浮力有
  • guān
  •  
  • yīn
  • wéi
  • chuán
  • jìn
  • shuǐ
  • de
  • shēn
  • jué
  • de
  •  
  • 关,因为船浸入水的深度决定于液体的密度。
  • dāng
  • chuán
  • shàng
  • zhuāng
  • zhe
  • tóng
  • yàng
  • de
  • huò
  •  
  • zài
  • hǎi
  • shuǐ
  • háng
  • shǐ
  •  
  • chuán
  • 即当船上装着同样的货物,在海水里行驶,船
  • jiù
  • gāo
  • xiē
  •  
  • ér
  • háng
  • shǐ
  • dào
  • děng
  • yǒu
  • dàn
  • shuǐ
  • de
  • fāng
  •  
  • 就浮得高些,而行驶到大河等有淡水的地方,
  • jiù
  • huì
  • diǎn
  •  
  • shí
  • shàng
  • měi
  • tiáo
  • chuán
  • dōu
  • néng
  • gòu
  • yòng
  • lái
  • 就会浮得低点。实际上每一条船都能够用来测
  • liàng
  • hǎi
  • yáng
  • zhōng
  • shuǐ
  • de
  •  
  • 量海洋中水的密度。
  •  
  •  
  • de
  • néng
  • néng
  • yòng
  • jiǎn
  • dān
  • de
  • bàn
  • lái
  • liàng
  •   液体的密度能不能用简单的办法来测量
  • ne
  •  
  • huí
  • shì
  • kěn
  • de
  •  
  • shǐ
  • yòng
  •  
  • shì
  • 呢?回答是肯定的,可以使用密度计。它是一
  • zhǒng
  • liàng
  • de
  •  
  • xiàng
  • chuán
  • shàng
  • de
  • chī
  • shuǐ
  • xiàn
  • yàng
  • 种测量液体密度的仪器,像船上的吃水线一样
  •  
  • shàng
  • tóng
  • de
  • zhí
  • biǎo
  • shì
  • le
  • tóng
  • de
  • ,密度计上不同的刻度值表示了不同液体的密
  • zhí
  •  
  • zài
  • shǐ
  • yòng
  • shí
  •  
  • zhī
  • yào
  • chā
  •  
  • 度值。在使用密度计时,只要把它插入液体,
  • jiù
  • huì
  • shù
  • zhí
  • zài
  • zhōng
  •  
  • miàn
  • suǒ
  • duì
  • yīng
  • de
  • 它就会竖直地浮在液体中,液面所对应的刻度
  • zhí
  • jiù
  • shì
  • gāi
  • de
  • zhí
  •  
  • 值就是该液体的密度值。
  •  
  •  
  • shí
  • shàng
  • shì
  • gēn
  • chén
  • yuán
  • zhì
  • zào
  • de
  •  
  •   密度计实际上是根据沉浮原理制造的。
  • guǒ
  • píng
  • jun
  • de
  •  
  • me
  • 如果物体平均密度大于液体的密度,那么物体
  • jiù
  • yào
  • lái
  •  
  • dài
  • liàng
  • de
  • yuè
  •  
  • bèi
  • 就要浮起来。待测量的液体密度越大,被密度
  • pái
  • kāi
  • de
  • jiù
  • yuè
  • shǎo
  •  
  • jìn
  • zài
  • de
  • shēn
  • 计排开的液体就越少,密度计浸在液体里的深
  • jiù
  • yuè
  • qiǎn
  • xiē
  •  
  • yuè
  •  
  • 度也就越浅些,即液体密度越大,密度计浮起
  • de
  • yuè
  • gāo
  •  
  • 的越高。
  •  
  •  
  • zuì
  • hòu
  • men
  • zài
  • kàn
  • yǒu
  • de
  • wèn
  •  
  • de
  •   最后我们再看一个有趣的问题,它的答
  • àn
  • shì
  • duō
  • rén
  • xiǎng
  • dào
  • de
  •  
  • jīng
  • cháng
  • yǒu
  • rén
  • kāi
  • wán
  • xiào
  • wèn
  •  
  • 案是许多人意想不到的。经常有人开玩笑问:
  • dūn
  • tiě
  • zhòng
  • hái
  • shì
  • dūn
  • tóu
  • zhòng
  •  
  • yǒu
  • xiē
  • rén
  • huì
  • xiǎng
  • xiǎng
  • 一吨铁重还是一吨木头重?有些人会想也不想
  • shuō
  • dūn
  • tiě
  • zhòng
  •  
  • jié
  • guǒ
  • yǐn
  • zhōu
  • wéi
  • rén
  • de
  • xiào
  •  
  • 地说一吨铁重,结果引起周围人的哈哈大笑,
  • wàng
  • le
  • dōu
  • shì
  • dūn
  • zhòng
  •  
  • 他忘记了都是一吨重。
  •  
  •  
  • dàn
  • shì
  • yào
  • shì
  • yǒu
  • rén
  • huí
  • dūn
  • tóu
  • zhòng
  • de
  • huà
  •  
  •   但是要是有人回答一吨木头重的话,那
  • me
  • zhōu
  • wéi
  • de
  • rén
  • huì
  • xiào
  • gèng
  • hài
  •  
  • rèn
  • wéi
  • zhè
  • rén
  • 么周围的人一定会笑得更厉害,认为这个人比
  • rén
  • gèng
  • bèn
  •  
  • shì
  • zhè
  • kàn
  • huāng
  • miù
  • de
  • huí
  •  
  • shí
  • 第一个人更笨。可是这个看似荒谬的回答,实
  • shàng
  • fēi
  • cháng
  • zhèng
  • què
  •  
  • 际上非常正确。
  •  
  •  
  • zhè
  • shì
  • shí
  • me
  • yuán
  • yīn
  • ne
  •  
  • yuán
  • lái
  • ā
  • yuán
  •   这是什么原因呢?原来阿基米德原理不
  • dàn
  • duì
  • shì
  • yòng
  •  
  • duì
  • tóng
  • yàng
  • shì
  • yòng
  •  
  • yīn
  • 但对液体适用,对气体也同样适用。因此一个
  • de
  • zhēn
  • zhèng
  • zhòng
  • liàng
  •  
  • yīng
  • gāi
  • shì
  • zài
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  • 物体的真正重量,应该是它在真空中称出的重
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  • 量。可是我们平常所说的重量,都是在空气里
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  • 称出来的。既然是在空气里称出的,就要受到
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  • 空气浮力的作用。如果 f表示空气浮力,P表示
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  • 个问题里,木头的真正重量,应等于在空气中
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  • 一吨木头的重量再加上木头所排开的空气的重
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  • 量;而铁的真正重量则是在空气中一吨铁的重
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  • 量再加上铁所排开的空气的重量。
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  • 吨铁约占18立方米。我们知道空气的重量是
  • měi
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  • kōng
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  • gōng
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  • dūn
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  • 相差约242公斤!也就是一吨木头比一吨铁重
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  • gōng
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  • què
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  • 242公斤。确切地说,在空气里重一吨的木
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