上下顛倒的小船

文/陳雅茜(科學少年總編輯) |2020.09.23
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一艘浮在河面上的船,任誰也不會訝異,但如果有一條河,河面朝下,那麼船可以上下顛倒的在河面航行嗎? 圖/《Nature》、Benjamin Apffel
一艘浮在河面上的船,任誰也不會訝異,但如果有一條河,河面朝下,那麼船可以上下顛倒的在河面航行嗎? 圖/《Nature》、Benjamin Apffel

文/陳雅茜(科學少年總編輯)

一艘浮在河面上的船,任誰也不會訝異,但如果有一條河,河面朝下,那麼船可以上下顛倒的在河面航行嗎?

這想像起來宛如童話世界裡的畫面,卻在真實世界裡成真了!法國科學家在研究懸浮液體時,將高黏度的矽油(或甘油)放入容器內,並從下方打入空氣,經由機器振盪後,液體會懸浮在空氣之上。科學家一時好奇,想知道如果將玩具小船放置在朝下的液面會發生什麼事,於是動手實驗,沒想到,小船竟然頭下腳上的懸浮在液面上,並未往下掉,彷彿河面倒影一般。

這是如何發生的?其實用浮力原理就能解釋。古希臘科學家阿基米德發現,當一個物體進入液體中,會受到液體的浮力作用,浮力等於物體排開的液體體積乘以液體密度,也就是排開的液體重量。如果重力大於浮力,物體會下沉,如果浮力可以抵消重力,物體就能浮在液面上。

以河面的船為例,船會受到往下的重力,也會受到往上的浮力,而浮力等於船排開的水重。所以船愈重,吃水愈深,如此一來,浮力才能抵消重力。那麼朝下的液面呢?道理也是一樣的。當科學家把小船放在液面並往液體內頂,船身會排開液體,因此受到往上的浮力,當浮力抵銷重力,船就不會掉下來了。這個違反直覺的現象讓人大吃一驚,研究成果發表在知名的《自然》期刊上。

最後請同學有空的時候想想看,如果科學家只是把小船平貼在朝下的液面,船會怎麼樣呢?但如果船身太深入液體內,又會怎麼樣呢?

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