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趣味物理学
1.7.4 5.4 哪一边更重?
5.4 哪一边更重?

图5-5中,天平的一端放着装满水的水桶。另一端呢,放一只一模一样的水桶,也同样装满了水,只是水面上浮着一块木头。请问,此时天平会向哪一边倾斜?

图5-5 两只完全一样的水桶,都盛满了水,不同的是有一只桶的水面上浮有一块木头。请问哪一只桶重一些

我曾经问过许多人这个问题,得到的答案当然不会完全相同。一些人说天平会向有木块的那一边倾斜,因为“除了水之外,桶里还多了一块木头”。另外一些人的意见相反,认为会向没有木块的那一边倾斜,“因为水的重量大于木块的”。

遗憾的是,这两种答案都不正确,天平应该会保持平衡,因为两边是一样重的。在有木块的桶里,虽然水比没有木块的桶里的要少一些,因为浮着的木块要挤掉一些水。但通过浮力定律可知,浮在水面上的物体,其重量等于它浸在水里的部分排出水的重量。如此一计算,就会发现,天平两边的重量完全相等。

现在,再问你一个问题。取半杯水放在天平的一端,再将一个小砝码放在水杯旁边。在天平的另一端,添加砝码,直至使两边保持平衡。如果现在把有杯子那端的那个砝码放入那半杯水里。请问,这时这架天平会向哪边倾斜?

根据阿基米德原理可知,这个砝码放入杯子水中自然要轻于放在杯子外,照此分析,放着杯子的这端会向上升,天平向没有杯子的那端倾斜。但实际上天平还会保持平衡,怎么会这样呢?

原来,当砝码放入杯子里水中后,它会排出一部分的水,使杯子里的水位升高,从而增加了施加在杯底的压力,如此一来,砝码在杯子水中失去的重量就跟杯子里的水位上升对杯底增加的压力相等,自然天平还会保持平衡。