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天平上的大气球

  • 日期:2009-05-04 16:20
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        有一个实验十分有趣,可以引人深入思索。在天平的一端,放着一只灌满压缩空气的瓶子,瓶塞上的开关紧闭着,瓶口上套着一个瘪气球;天平的另一端放砝码,使天平平衡。然后,打开瓶塞上的开关,压缩空气进入气球,气球胀大。这时,天平上放着砝码的那一端往下沉,说明瓶子和气球变轻了。

        这为什么会这样呢?有人说:“压缩空气从瓶子冲到气球里,给了气球一个向上的力,由于气球和瓶子是相互连着的,所以瓶子也受到向上的力,这就变轻了。”有人说:“这个说法不对。火箭向下喷气,火箭向上运动。瓶子里的压缩空气向上冲,瓶子应该向下运动,等于给天平的这一端加了一个力,瓶子应该显得重一些才对。”这两个答案对吗?这两种说法都没有说到要紧的地方。压缩空气引起气球向上运动,喷气又引起瓶子向下运动,这两边大小相等,方向相反,相互抵消,实际上对天平称重没有任何影响。

      应该说,这两种说法都对思考问题产生了干扰,我们排除干扰,再做一次实验。把气球中的空气压挤到瓶子中去,关闭开关,让瘪气球垂在托盘外面,使天平再次平衡。这时,打开开关,气球又胀了起来,我们可以看到,盛砝码的那头又下沉了,气球和瓶子又变轻了。那么,到哪里去答案呢?我们分析一下气球胀起来以后发生了什么变化?瓶子、气球、空气这三种东西的重量变了吗?没有。瓶子和气球的重量不会变,空气的重量也没有减少。

      唯一有变化的是气球中的空气的体积,空气的体积胀大以后,它的轻重也会有变化。因为这一连串问题的根子出在压缩空气上。空气被压缩到瓶子里以后,它的重量就不是一瓶空气,而是两三瓶,或者是四五瓶的重量了。这说明,瓶子里的压缩空气受到的空气浮力比较小,而当部分压缩空气进入气球以后,空气的体积增加,浮力也变大了。浮力增大,瓶子、气球和空气的重量就显得轻了一些。

      问题到这里,并没有完结。有人问:“慢着,刚才说到气球体积增加,浮力也变大,这个道理对不对呢?我觉得有点问题,怎么能说空气把空气浮起来呢?这就好像说水把水浮起来,你什么时候看见水浮在水上呢?”那么,到底大气能不能对气球里的空气产生浮力呢?请你用实际的例子来说明。

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