1
趣味物理学
1.7.3 5.3 向上施压的液体
5.3 向上施压的液体

即便没有学过物理学,人们一般也都知道,液体会向容器底部施加压力,会向侧面施加压力,可是却很少有人了解,液体同样可以向上面施加压力。要想证明这种压力的存在,我们只需借助一只普通煤油灯的灯罩,做个小实验就行了。首先找一块厚纸板,用剪刀剪一个圆片,注意,要略大于灯罩口,能完全盖住它。将纸片盖在灯罩口上,倒转过来放到水中(如图5-3所示)。为防止纸片从灯罩上脱落,可用一根细线一端系在纸片中心,另一端捏在手上从灯罩里面拉上来,拉直拉紧。当然也可以直接用手指将纸片托住放进水里。随着灯罩慢慢往下沉,沉到一定的深度后,不拉线或用手托着纸片,圆纸片也会紧紧贴在灯罩口上。很显然,现在托着纸片是容器中的水了,正是水从下向上施加在圆纸片上的压力托住了它。

不仅如此,我们还能轻松测出这个向上施加在纸片上的压力的大小。方法非常简单,只要你慢慢往灯罩里注水,等到罩里水的高度与罩外基本相同时,纸片就会从灯罩口处脱落。这时,纸片上方水的压力就基本等于下方的压力,而灯罩中注入水的高度也就是纸片沉在水面下的深度。这就是物理学中液体对于所有浸入液体里面的物体所作用的压力定律。从著名阿基米德原理可知,物体在液体里“失去”的重量,也是这种压力产生的。

我们可以找几种容器口大小相同但形状不同的容器,再做一个实验,以证明物理学上另一个定律:液体对容器底部施加的压力大小,只与容器底面积和液面高度有关,而与容器的形状无关。我们只需重复上面的方法实验就行:用上面的方法依次用形状不同的容器来做,当然首先要将不同容器翻转过来,在距容器口的同一高度处做一个记号,然后把容器放入水中,沉到记号处。这时你会发现,往容器中注水时,只要水位达到记号处,纸片就会脱落(见图5-4)。这就意味着,尽管容器的形状不同,只要它们里面水柱的底面积和高度相同,它们所产生的压力就相同。需要特别说明的是,前面所说的高度并不是长度,也就是说,只要比较长而斜的水柱与比较短而直的水柱的水面高度相同,那么它们对于容器底面所施加的压力完全相等。

图5-3 用来证明液体可以向上施加压力的小实验

图5-4 液体对容器底部的压力的大小只与液体的高度和容器底面积有关。图为证明这一定律的小实验