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大氣壓在水面上可以傳遞嗎

生活 更新时间:2024-08-31 04:17:54

前兩天我制作了一個物理實驗視頻,沒想到引發了網友們的熱議,此視頻按照中學物理知識,幾乎一多半網友的答案都與物理答案相左了。

這個物理實驗視頻其實來源于物理課本,其内容說的是“用細線把很幹淨的玻璃闆吊在彈簧測力計的下面,記住測力計的讀數。使玻璃闆水平接觸水面,然後稍稍用力向上拉玻璃闆,彈簧測力計的讀數會增大到一定程度才能脫離水面,産生此物理現象的原因是什麼?”

大氣壓在水面上可以傳遞嗎(把玻璃緊貼水面後)1

很多網友認為分子間的作用力太小了,在宏觀上根本表現不出來,因此直接把分子力忽略處理了。多數網友認為,彈簧測力計之所以示數變大,是因為大氣壓的作用。他們以為玻璃闆下表面與水接觸,沒有大氣壓存在,而玻璃闆上表面有大氣壓存在,因此受到大氣壓力,從而導緻提起彈簧測力計時,示數變大。

其實,這裡并不關大氣壓什麼事,并不是大氣壓舍不得放手,而是分子引力舍不得玻璃離開!

可是,到底為什麼與大氣壓無關呢?

我們來分析一下:

大氣壓在水面上可以傳遞嗎(把玻璃緊貼水面後)2

如上圖,當吸盤吸住玻璃闆,用彈簧測力計在空氣中稱量時,彈簧測力計的讀數等于玻璃闆和吸盤的總重力。

其實,吸盤能吸住玻璃闆,才真是大氣壓所導緻的!因為吸盤與玻璃固體之間幾乎沒有了空氣,這兩個固體之間也沒有達到分子間能産生作用的短距離,因此分子間作用力可以忽略不計,二者之間能吸引到一起,是被大氣壓壓在了一起!

大家還記的中學物理課本中的“馬德堡半球實驗”麼?
1654年5月8日,德國馬德堡市的市民們看到了一件驚奇而又令人費解的事情:他們的市長,就是發明抽氣機的奧托·格裡克,把兩個直徑為30㎝的空心銅半球緊貼在一起,用抽氣機抽出球内空氣,然後用兩隊馬向相反的方向拉兩個半球。16匹馬拼命掙紮,費了很大勁,當最後拉開時,發出了很大的響聲,如同放炮。市民非常驚奇,“是什麼力量把它們壓合的這麼緊呢?”市長說:“沒什麼,是空氣”!如果把銅半球上的閥門擰開,空氣經閥門流進球裡,用手一拉,球就開了。這就是著名的“馬德堡半球實驗”!

按照标準大氣壓強值約為10的五次方帕斯卡,假設上圖中的吸盤半徑約為3㎝,根據氣體壓強變形公式F=PS,可以求出吸盤所受到的大氣壓力約為90N,也就是說隻有比此力大時,吸盤與玻璃才能分開!而上圖中,彈簧測力計的讀數隻有1.4N,也就是說玻璃闆對吸盤的拉力要比1.4N還小,更遠遠小于90N。所以二者被大氣壓緊緊的壓在一起,不可能分開。

下面我們來分析一下網友們最有争議的問題。

大氣壓在水面上可以傳遞嗎(把玻璃緊貼水面後)3

把玻璃闆水平緊貼水面,往上拉,當玻璃闆剛要脫離水面時,可以看到彈簧測力計的示數最大為2.2N,比二者在空氣中的示數要大。到底是大氣壓在作怪,還是玻璃闆與水面之間的分子力作用的結果呢?

凡是誤以為大氣壓作用的網友,都犯了同樣一個錯誤:

誤以為液體壓強與固體壓強的特點相同了!

液體與固體第一個不同就是,液體具有流動性。液體的壓強具有這樣的特點:液體内部向各個方向都有壓強,同種液體的同一深度,各方向壓強都相等。

在液面處也有壓強,液面壓強的大小正好等于大氣壓!也就是說,對于上圖中的玻璃來說,的确受到了向下的大氣壓,但是也同時受到了大小相同的向上的液體壓強!由于受力面積相同,根據F=PS,可知玻璃所受到的向下的大氣壓力與向上的液體壓力相等!因此二者效果抵消!

也就是說對于吸盤和玻璃闆二者組成的整體來說,實際受到五個力,但是由于以上兩個力抵消,則相當于隻受到三個力,即向上的彈簧測力計的拉力,向下的總重力以及向下的分子引力作用。

另外有一點需要注意,分子間的相互作用力包括引力和斥力,二者是同時存在的!但是,玻璃闆向上拉動時,分子間的作用力表現為引力!因此使得彈簧測力計的示數要比在空氣中測量時變大!

希望以上從中學物理角度進行的解答能解決網友們的一些困惑。

下面這個專欄《八套中考學霸物理錯題集》中的每份錯題集都是最實用的一手學霸手寫資料,概括了幾乎全部中考物理易錯題、易錯點、重難點!對于中下遊學生來說,這是一份提升成績的利器,對于優秀生來說,這是一份借鑒學習方法的最實用資料!物理來源于生活,生活中處處有物理現象!

中學生朋友們,養成見物思理的習慣吧,為了美好的未來,加油!

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