一根蠟燭長18 厘米,質量59 克,密度0.9 克/厘米3,如果把蠟燭豎直放在水中,保持它穩(wěn)定不倒,必然有一部分浮出水面。這樣,蠟燭仍然可以點燃發(fā)光。隨著蠟燭燒去一部分,原來沉沒在水下部分的蠟燭,它所產(chǎn)生的浮力就會大于蠟燭的重量,于是浮力使蠟燭繼續(xù)浮出水面。問蠟燭何時被水淹滅,蠟燭滅時還剩多少厘米?
答:由于蠟燭的密度為0.9 克/厘米3,所以蠟燭浮出水面的長度是總長的1/10,在水中部分的長度為總長的9/10,這樣才能使蠟燭的重量和水對它的浮力平衡。
上述關系在蠟燭的燃燒過程中仍然成立,也就是說,當蠟燭燒去一截以后,它浮出水面的長度仍舊是目前總長度的1/10。由此推論,蠟燭自始至終浮出水面1/10 的長度。只要水面非常平穩(wěn),這種發(fā)展將無窮無盡,最后可以認為蠟燭會全部燒完。
到此為止,使人感到蠟燭的精神確實可貴,不僅在空氣中,就是浮在水上,也是“蠟炬成灰淚始干”。
隨之而來,我們會發(fā)現(xiàn)又一個問題:為什么把蠟燭豎直放在水中會非常難?它往往一側身,就橫著躺在水面上。盡管這時它仍然浮出水面1/10的體積,可是無法點燃,也就不能無私奉獻了。請你解釋一下,它為什么會站不穩(wěn)?
答:蠟燭的重心O在L/2位置,重力G向下可以看做是作用在O點上。蠟燭的浮力F向上,作用在蠟燭役在水中部分的中點P的位置。G 和F 大小相等、方向相反,分別作用在O點和P點。這種作用方式是不穩(wěn)定的,只要稍微受到一點外界干擾,產(chǎn)生力矩,使蠟燭旋轉,直到橫浮在水面,使浮力的作用點P移動直到接近O點。
由此可見,蠟燭的立場很重要。只有站得穩(wěn),它才能無私地燃燒自己,放出光和熱。
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