小數蛙跟狐狸貓在炎熱的夏天

去游泳池消暑一下

兩人先在淺水區玩一陣子後

小數蛙提議要去深水區

但狐狸貓還沒有學會游泳

所以不敢往深水區去

於是小數蛙拿了游泳圈給他

只要套上游泳圈

你就能輕鬆漂浮在深水區中！

小數蛙解釋：

套上游泳圈後

能漂浮在水面上

是因為物體在液體裡

會受到一個向上的作用力

這個向上的作用力

被稱為浮力

畫出力圖來看

可以看到物體和游泳圈

都受到方向向下的重力作用

但水給予的浮力往上

且大小跟物體加上泳圈的重量相同

所以物體會漂浮在水面上

而穿救生衣也是相同的概念

透過液體給予的浮力

就能避免因重力而沉入水中

瞭解了浮力的概念後

狐狸貓表示：

沉在水裡的物體

也是有受到浮力作用

只是浮力沒辦法支撐重力大小

所以才沉到水底

而池底再給予物體一個支撐力

讓物體可以靜止在池底

那我們有辦法測到此時的浮力大小嗎？

小數蛙回答：

我們可以做個實驗來驗證

拿一個100毫升的量筒

重量為100克重的砝碼

以及鐵架和彈簧秤

先用彈簧秤測量在空氣中砝碼重量

並記錄下來

然後在量筒裡倒入30毫升的水

記錄量筒當時的刻度

接著將砝碼中間處

用麥克筆做一個記號

調整鐵架高度

至砝碼沒入量筒至記號處

記錄當時的彈簧秤的讀數

以及量筒液面的高度

再將砝碼完全沒入量筒內

及更深的水中

兩次都不碰至底部

分別記錄彈簧秤讀數

以及量筒液面的高度

最後將實驗紀錄成表格

狐狸貓說：

看起來當砝碼沒入水中的體積越多

物體的重量就越小欸

小數蛙接著問：

那狐狸貓從記錄的數據中

還有看出什麼端倪嗎？

於是狐狸貓將表格修改

增加了測得重量差

跟量筒刻度差

狐狸貓他發現到：

測得重量差

剛好跟量筒刻度差的數值大小相同

小數蛙回應：沒錯

這個重量差就是液體給的浮力大小

狐狸貓你有沒有發現

砝碼一半的體積是30毫升

剛好

跟量筒上升的刻度差相同

而全部砝碼沒入的時候

也有類似狀況發生

也就是說

當你把一個不溶於水的物體放到水中後

物體沒入多少體積

就有相同體積的水被排開

而水的密度剛好是每立方公分1公克

我們就可以得到

「物體排開液體重量＝浮力大小」的關係

排開體積越少

物體所受浮力也越小

所以當我們將游泳圈往下壓

游泳圈沒入水中的體積越多

就會感受到泳圈向上的浮力越來越大

狐狸貓有疑問：

那如果將已經完全沒入水中的砝碼

往更深的地方送

物體所受的浮力

會不會變大或變小呢？

小數蛙回答：

當物體沒入的體積越多

所受到的浮力就會越大

但當物體已經完全沒入水中

深度不會改變物體沉入體積的多寡

所受浮力就不會受深度影響

小數蛙接著又問狐狸貓：

你知道浮力的概念

在很早以前就已經出現了嗎？

西元前3世紀

當時國王得到了一塊黃金

找來了工匠幫忙打造一個漂亮的皇冠

工匠完成後交給國王

國王覺得這個皇冠跟原本的黃金不太一樣

於是就找了當時最厲害的科學家阿基米德

來幫忙驗證看看

如果你是阿基米德

你有什麼想法可以幫助他驗證嗎？

狐狸貓想了想：

使用天秤秤量

看皇冠跟黃金的重量是否相等

就可以了吧？

小數蛙表示：

還差一點點就完全正確了

秤量重量的確是能知道兩個物體重量相同

但也有可能是摻入不同金屬所致

是不是可能有我們肉眼看不出來的差異呢？

如果要證明製造過程

有沒有摻入其他金屬

除了秤量重量外

還需要確定它們的體積是否相同

狐狸貓想到：

哦！那我們可以把皇冠跟黃金放入水中

如果體積相同

排開的液體體積

應該也是相同的

小數蛙稱讚狐狸貓的腦筋動得很快！

阿基米德當時

就是在浴缸裡泡澡的時候

發現了浮力的概念

於是他設計了一個大水缸

將皇冠跟黃金放在天秤的兩側

再一起放入水缸內

如果沒有摻入其他物質

物體排開液體的重量

應該是相同的

也代表兩個物體所受的浮力相同

因此天秤還是會維持平衡

狐狸貓聽完這個故事後　說：

沒想到在那麼久以前

就已經利用浮力

來解決這麼困難的問題了

小數蛙鼓勵他：

狐狸貓你也可以的！

只要多多留意生活周遭的小事

你也能變成厲害的科學家呢！

那就由狐狸貓

為大家複習一下今天學習到的內容吧

物體在液體中

會受到一個向上的力

這個力可抵消部分重量的力

而此力稱為浮力

所受浮力大小

等於物體在液體中排開的液體重量

所以沉在水裡

還是會有浮力作用

最後有個問題要請你想一想

如果一個物體浸入不同的液體中

排開體積相同

所受到的浮力也會相同嗎？

如果你有什麼想法或問題的話

歡迎留言告訴我們喔！