最近有一个公考行测题刷爆了互联网
说有个天平,左边放一杯水,右边放砝码,天平已经平衡了。现在把手指插入水中,既不碰烧杯壁也不碰烧杯底,请问天平还能继续平衡吗?
我们来一起做个实验。
为了让效果更明显,我选用了电子天平和烧杯。现在,烧杯和水的总质量是626.9g
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(↑ 点击查看插入手指后天平示数变化)
我用手指插入烧杯,总质量变成了大约640g
这说明:插入手指后烧杯一端变重了。因此原来的问题答案是:天平烧杯一侧下沉。
其实,这个问题解释起来非常简单。手指在水中,会受到水向上的浮力。力的作用是相互的,所以手指给水向下的压力。水还会把这个压力传递到杯子,杯子再传递到电子秤,所以电子秤的示数就大了。
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我们也可以详细的讨论以下这个问题。著名科学家阿基米德提出了阿基米德原理:他告诉我们:浮力的大小等于排开液体的重力。据说,这个规律是阿基米德在洗澡的时候发现的。
根据阿基米德浮力原理:手指受到的浮力等于手指排开的水的重力。又因为手指的密度和水差不多,手指的体积就是排开液体的体积,因此手指受到的浮力也就约等于手指的重力。
根据牛顿第三定律,作用力与反作用力相等。水给手指向上的浮力,手指就给水向下的压力,这个压力造成了电子秤示数的增大。在刚才的实验中,电子秤的示数大约增加13g,所以我这根手指的质量大约就是13g
现在,你知道如何估测心脏的质量了吗?要知道,心脏的大小和质量都与拳头差不多,只需要把拳头放进水,看一下电子秤示数的增加就可以了。
你瞧:我的心脏大约重量是250g
 还 能 再 给 力 一 点 吗 ?
我们再来看一个进阶版问题。
天平两边放上完全相同的杯子和水。现在左侧杯子中用一根线把气球拴在杯底,右侧杯子中用一根线悬挂一个铁球。气球和铁球体积相同,完全浸入水中并且不碰烧杯,此时天平还能继续平衡吗?
对这个问题,许多小伙伴说天平是平衡的,因为气球和铁球体积相同,所以水面上升高度相同,水对杯子底部的压强相同,所以天平依然是平衡的。这种说法其实不正确,因为左侧气球有一根线,向上拉动杯子。而右侧的铁球没有向上拉动杯子的力,所以,结果是右侧更沉,天平向右侧倾斜。
我们还可以分析得更细致一些:
左边增加了一个气球重力,右侧增加了同样大小的水球的重力,气球密度比水小,所以左侧压力增加小,右侧压力增加大,天平自然向右侧倾斜。
 还 能 再 给 力 一 点 吗 ?
如果大家理解了这个问题,我们不妨再给大家留一个思考题:
有一个有盖子的空杯子放在天平上。现在飞进去一只苍蝇,盖子盖好后,苍蝇在杯子中悬停,不碰杯子,请问这时天平的示数变大了还是变小了?
如果有一天苍蝇累死了,我们用一个氢气球将苍蝇挂着,依然悬停在杯子中且不碰杯子,此时天平的示数是变大了还是变小了?
知道的小伙伴请在评论区留言。
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