把一只乒乓球按到装满水的水盆里,一松手乒乓球就会浮到水面。根据阿基米德浮力定律,浸在水底里的乒乓球受到的浮力等于它排开的液体所受到的重力。乒乓球的密度比水的密度小,故浸在水中的乒乓球受到的浮力大于其受到的重力,这样乒乓球就会从水底里上浮,直到到达水面。
乒乓球从水中上浮的过程中,其重力势能是在不断的增大,能量是从哪里来的呢?这个能量就是来自于乒乓球周围的水,乒乓球浸在水底时,下部空间被乒乓球占据着,把水看成一个整体,水的重心位置相对较高。乒乓球上浮的过程,水的重心位置就在不断的上升,乒乓球浮出水面后,水的重心位置最低。水的重心位置降低了,故水的重力势能会减小,水减小的重力势能一部分转化为乒乓球的重力势能。一个系统,其重力势能越小,系统的往往就越稳固。在乒乓球上浮的过程中,水和乒乓球组成系统的重力势能就是在不断的减小,系统从不稳定的状态自发的趋向于稳定的状态。
阿基米德浮力定律不仅适用于液体,也适用于气体。人在空气中也会受到空气的浮力,并且浮力的大小等于人排开的空气所受到的重力。因空气的密度相对较小,日常生活中一般不考虑空气浮力的影响。
对于氢气球就不一样了,氢气是密度最小的气球,氢气球的密度小于了空气的密度氢气球就会在空气中上浮。上浮的过程中,氢气球的重力势能逐渐增大,密度大的空气就会被氢气球挤到底部,空气的重力势能就会减小。氢气球增加的重力势能就是来自于空气减小的重力势能。
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