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1 # 餘暉cyk
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2 # 時空通訊
如果真正沒有任何外力情況下,開始能夠漂浮在水裡的瓶子就會永遠漂浮下去。
前提是這是一個我們通常認知的玻璃瓶或陶瓷瓶,瓶口是密封著的。
如果沒有外力,比如碰撞,當然可以飄到天荒地老,海枯石爛。
為什麼一個玻璃或者陶瓷的空瓶子會浮在水面上呢?
這就要從物質的密度來說明了。我們世界的密度一般來說是氣體密度最小,液體密度相對要大一些,固態物質密度更大。當然也有例外,就是有些固態物質比液態物質密度要小,比如軟木和幹樹木等。
水的密度在一個標準大氣壓下,4℃時為1g/cm³,因此一般把水的相對密度,也就是比重定為1,其他物質比重都是以水的倍數來衡量。
水的密度有個奇怪的性質,4℃時密度最大,溫度比4℃高或低,密度都更小。如0℃時為0.999867,15℃時為0.999126,100℃時為0.958375。
空氣密度在1個標準大氣壓狀態下,溫度0℃時為1.293kg/m³,也就是0.001293g/cm³,因此比重就是0.001293。
空氣隨著溫度升高密度變小,不同溫度下的密度計算公式,以標準密度1.293為基點,乘以0℃時對應的絕對溫度與實際絕對溫度之比。
即1.293x(273.15/實際絕對溫度),比如在20℃時,對應的絕對溫度為293.15度,空氣密度為:1.293x(273.15/293.15)≈1.205kg/m³
玻璃的比重約為2.5,也就是1立方厘米為2.5克。
一個基本常識就是密度越小的東西單位體積越輕,密度越大的東西單位體積越重。
因此水比空氣重,所以空氣就會浮在水面上,而玻璃比水重了一倍多,當然就無法浮在水面上,如果一塊碎玻璃,一丟進水裡就沉入水底了。
那比水密度大一倍半的玻璃瓶是怎麼飄在水面上的呢?這是因為玻璃做成了瓶子,裡面裝上了空氣,總體積平均密度就比水密度小了,自然就會浮在水面了。
我們簡單計算一下一個玻璃瓶子的密度就知道了。
如果一個玻璃瓶子大小為10釐米直徑,高25釐米,為了計算方便,我們忽略瓶頸部分,以一個密封的圓柱體來說明。
圓柱體體積計算公式為:V=πr²h=sh
也就是圓柱體體積V等於底面積s乘以高h。
計算得:
3.14159x10²x25=7853.975cm³。
取值7854cm³,瓶子的總體積為7854立方厘米。
如果這個瓶子玻璃厚0.5cm,這個瓶子內容積為:
3.14159x9²x24=6107.25cm³,取值6107cm³。
瓶子裡裝滿了空氣,因此這個瓶子裡的空氣體積為6107立方厘米。
由此得出這個瓶子的玻璃體積為:
7853-6107=1746cm³
也就是說這個瓶子是由1746cm³的玻璃和6107cm³的空氣組成,我們來計算一下這個密封的瓶子平均密度有多大。
我們已經知道了玻璃的密度為2.5,空氣的密度為0.001293,水的密度為1。
瓶子平均比重為:
(1746x2.5+6107x0.001293)/7854=(4365+7.9)/7854≈0.56
也就是這個瓶子總的平均密度為每立方厘米0.56克,比水密度小44%,當然就會浮在水面上了。
這樣即便在瓶子裡裝上點書信之類的東西也還能夠漂浮,漂流瓶就是這樣弄成的。
如果這個玻璃瓶再做厚一些,或者裡面裝的東西多一些,就很難說了。
鋼鐵的艦船能夠浮在水面上也是這個道理。其實能不能永遠的浮在水面上,還有一些因素影響,比如封口處由於年代久遠腐蝕破損了,漏氣進水了。這個需要多久,誰也說不準,因為不同的條件有不同的時間。
其實這都是外力作用。我們許多人對外力的理解比較狹隘,以為只有碰撞等這些突發事件才是外力,其實我們每天都在各種力中生活,就是世界上已知存在的四種基本力。
一切物質運動都受到四種基本力約束。一個瓶子飄在水裡這本身就是浮力作用,不可能不受外力,風雨雷電、水的波動、腐蝕變化,都是力的作用。
這些主要都屬於電磁作用力。
因此,嚴格意義上來說,一個瓶子不可能永遠的飄在水中。
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如果瓶子密封的好,不進水,不會有什麼激烈的碰撞,應該可以幾十甚至上百年的漂流下去,漂流瓶就是一個很好的例子。2018年3月,澳洲的一戶居民在西澳洲州一處沙灘散步時,發現一個具有130多年曆史的漂流瓶。經鑑定,這是已知最古老的漂流瓶,是德國海軍觀察隊在19世紀下半葉為研究世界洋流投入大海的。