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物理實驗

浮力與阿基米德原理

把不同材質的物塊放進液體:調物塊密度、體積與液體密度,看它上浮、懸浮還是下沉。用彈簧秤量浸入前後的視重差,驗證浮力恰等於排開液體的重量。
t = 0.00 s

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

液體種類(kg/m³)
液體密度 ρ_f
物塊密度 ρ_obj
物塊體積 V
實驗模式
浸入深度比例

即時量測

浮力 F_b=ρ_f·V_sub·g
N
排開液體體積 V_sub
L
彈簧秤讀數(視重)
理論沒入比例 ρ_obj/ρ_f

實驗任務

  1. 驗證阿基米德原理:用彈簧秤模式量幾組不同浸入深度的視重, 記錄到數據表後計算「空氣中重−視重」,和理論浮力 F_b=ρ_f·V_sub·g 比對——是不是恰好等於排開液體的重量?
  2. 找出浮沉條件:切到釋放模式,固定液體為水,把物塊密度從 200 慢慢調到 3000, 每次釋放並記錄結果。上浮、懸浮、下沉的分界在哪裡?和 ρ_f 是什麼關係?
  3. 冰山一角:讓物塊漂浮(ρ_obj<ρ_f),等它靜止後比較「量測沒入比例」與「ρ_obj/ρ_f」。 冰的密度約 920 kg/m³——冰山露出海面的比例大約是多少?
  4. 鐵也能浮:把物塊密度調到 7870 不行?沒關係,調到上限 3000(已超過多數岩石), 換成水銀(13600)再釋放——金屬塊浮在液體上!記下沒入比例並用密度比驗算。

模型與假設

彈簧秤模式(準靜態):視重 W_app=mg−ρ_f·V_sub·g;浮力大於重力時吊繩鬆弛、讀數為 0。
釋放模式(RK4):m·y″=−mg+ρ_f·V_sub(y)·g−c·y′,沒入體積依立方體位置與液面幾何即時計算。
假設與適用範圍:忽略表面張力、液面升降與液體擾動(水槽視為足夠大); 阻尼取線性近似(真實流體阻力在高速時更接近與速度平方成正比),僅用來讓物塊在數秒內收斂到平衡,不影響最終浮沉位置。