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請教國三理化 浮力的 觀念問題 (溶化後 水位上升?下降?不變?) 感謝您的觀念解說

假設一杯水 上面浮著一個冰狀的固體 請問以下的例子(1~4皆浮在水面上) 溶化後 水位會A上升B下降C不變
1-實心的冰塊 內不含任何雜質
2-內含幾處氣泡空心的冰塊
3-實心的冰塊 內含一根鐵釘
4-實心的冰塊 內含一顆乒乓球
5-密度大於水的溶液所結成的冰狀固體 (並未浮在水面上 也未沉入水杯底 漂浮在水位中央)
6-密度大於水的溶液所結成的冰狀固體 (沉入水杯底)
可否稍微提供一些解釋或原因 感激不盡
2018-11-05 8:50 發佈

unl7911 wrote:
假設一杯水 上面浮...(恕刪)

一個基本原則
浮体(比重比水輕),排開同重量的水
沉體,排開同體積的水

純水冰是特殊,水冷脹熱縮
冰密度較小(沒記錯的話,是0.9)
假設一公斤的水結成冰,成為浮體
排開一公斤的水
熔化後仍為一公斤的水
水面應不變

其他自己想

unl7911 wrote:
1-實心的冰塊 內不含任何雜質
2-內含幾處氣泡空心的冰塊
3-實心的冰塊 內含一根鐵釘
4-實心的冰塊 內含一顆乒乓球
5-密度大於水的溶液所結成的冰狀固體 (並未浮在水面上 也未沉入水杯底 漂浮在水位中央)
6-密度大於水的溶液所結成的冰狀固體 (沉入水杯底)...(恕刪)

1. 不變
2. 不變,或下降一點點,逃逸掉的空氣的重量,但實務上應該是直接忽略掉了。
3. 下降
4. 不變
5,6 不知道,因為兩種溶液相溶時體機會變大變小不知道

White bear wrote:
1. 不變2. 不...(恕刪)


請問 為什麼 3-實心的冰塊 內含一根鐵釘 溶化後 水面高度會下降呢? 謝謝
排開的水(水位上升) = 漂浮物的重量

如果東西之後會沉 排開的水最多就只有下沉物體的體積

鐵釘的比重大於一,鐵釘漂浮時會排出相當於自身重量的水(水量比自己體積多)


unl7911 wrote:
請問 為什麼 3-實心的冰塊 內含一根鐵釘 溶化後 水面高度會下降呢? 謝謝


浮力=排開水體積的重量= 鐵釘重量+ 冰重


鐵釘重量= 鐵釘體積x 鐵釘密度
冰重= 冰融化後體積x1

由於鐵釘密度大於1 , 所以鐵釘體積 < (排開水體積- 冰融化後體積)
可知水面會下降.



White bear wrote:
2. 不變,或下降一點點,逃逸掉的空氣的重量,但實務上應該是直接忽略掉了。


這點應該有誤,如果空氣重量不能忽略的話,冰塊浮出水面部份的體積,引起的空氣浮力也不該忽略... 問題就太複雜,要看氣泡內的氣體密度了

unl7911 wrote:
5-密度大於水的溶液所結成的冰狀固體 (並未浮在水面上 也未沉入水杯底 漂浮在水位中央)
6-密度大於水的溶液所結成的冰狀固體 (沉入水杯底)


題意中的溶液,應該是假定與水不互溶

5. 下降,原本排開的是該溶液等重量的水,熔化後排開的是該溶液等體積的水,因為該溶液的密度比水大,所以水面下降

6. 無法判斷,不知該溶液的固態密度與液態密度之間的關係
bernie_w39 wrote:
這點應該有誤,如果空氣重量不能忽略的話,冰塊浮出水面部份的體積,引起的空氣浮力也不該忽略... 問題就太複雜,要看氣泡內的氣體密度了..(恕刪)

空氣被冰封在冰塊裡面,空氣的"重量"就一併被算進冰塊裡了,所以融化前液面高度會包含當時冰塊內空氣等重的水,但融化過程空氣跑掉了,所以那些重量就不會被算進去了,所以液面會下降,但實務上,幾顆氣泡空氣的重量換算成水的體積連誤差值都還不到。
White bear wrote:
空氣被冰封在冰塊裡面...(恕刪)


空氣封在冰塊裏面,除了重量會增加,體積也會增加

實心冰塊放在水面上,浮出水面的體積 V1

同樣水量結成的空心冰塊,放在水上,浮出水面的體積 V2

很明顯 V2 > V1

浮在水面上的那部份體積,沈在大氣中,所以大氣會對它產生浮力,而空心與實心冰塊大氣浮力的差值就是 (V2 - V1) x 空氣密度

所以最終問題會回到封入冰塊的空氣密度與大氣的空氣密度...

我要講的是,如果需要考量到冰塊封起來的空氣重量,那就不該忽略多出來的體積,在空氣中所受到的浮力
unl7911 wrote:
假設一杯水 上面浮著...(恕刪)

進來看看誰會而已
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