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天秤會往哪邊傾斜?這個簡單實驗顛覆你的直覺!

最近在Reddit上,網友Veiy提出一個有趣的問題:「左邊放鋼球,右邊放乒乓球,天秤會往哪邊傾斜?」他認為右邊會上升,因為乒乓球的浮力會將它往上拉,而兩邊的水重相同,畢竟它們排開的水量一樣。

要解開這個謎題,我們得先了解「浮力」是什麼。浮力是流體(包括液體和氣體)對其中物體產生的向上作用力。這種力來自流體內部的壓力差——越深處壓力越大。物體底部承受的壓力大於頂部,因而產生向上的浮力。根據阿基米德原理,浸入流體的物體所受浮力,等於它排開的流體重量。

當物體的浮力大於自身重力(質量乘以重力加速度)時就會浮起;反之則會下沉,直到兩力平衡。現在讓我們仔細看看實驗設定:鋼球和乒乓球體積相同,意味著它們排開的水量相同,受到的浮力也相同。

科學傳播者Derek Muller在他的YouTube頻道Veritasium解釋:「對懸掛的鋼球來說,燒杯確實會變重,因為浮力現在分擔了原本由繩子張力支撐的部分重量。但由於張力減小,實際上燒杯承受的重量反而增加。」

「而乒乓球的情況不同,水對它的向下作用力幾乎完全被燒杯底部繩子的向上張力抵消。因此,這個燒杯增加的重量只有乒乓球本身的重量,不像懸掛鋼球的燒杯增加的是排開水的重量。」

實驗結果顯而易見:放乒乓球的燒杯會上升,另一邊則會下降。如果你對繩子張力的解釋感到困惑,不妨想像一下:如果不用繩子,而是直接用手把乒乓球壓入水中會怎樣?

在這種情況下,兩球受到的浮力相同(因為排開水量相同),且沒有繩子作用於乒乓球,兩邊燒杯增加的重量就會完全一樣——天秤將保持完美平衡。這個實驗生動展示了浮力原理在日常生活中的微妙表現,顛覆了我們對「輕重」的直覺判斷!