阿基米德浮力水箱

「阿基米德浮力水箱」是一個互動式 3D 流體靜力學實驗室，學生可以親手驗證阿基米德原理。測試物塊懸掛在裝滿至溢流口的溢水箱上方的校準彈簧秤上。當學生將物塊向下拖入流體中或點擊架上的樣本物料時，水會從溢流口流入電子天平上的接水燒杯。即時 3D 向量箭頭會比較向上的浮力 F_b = rho_f g V_sub 與向下的重力 mg，而讀數則會顯示彈簧秤上的視重、排開水的重量、以牛頓為單位的浮力，以及物體釋放後會浮起還是下沉。

• 將鋁塊拖入水中一半，然後完全浸入水中，檢查視重的減少量是否等於接水燒杯中排開水的重量。
• 開啟「自由浮沉」並測試木頭 (600 kg/m³) 和冰 (917 kg/m³)，觀察達到平衡時每個物塊浸入水中的百分比。
• 選擇中空船殼 (450 kg/m³) 並將其與實心鐵塊 (7870 kg/m³) 的表現作比較，從而理解為何鋼鐵船隻能夠浮起。
• 將流體密度由 800 kg/m³（油）增加至 1400 kg/m³（濃鹽水），觀察向上的浮力箭頭如何變大。
• 比較相同 2.0 L 體積的鋁、鐵和金在完全浸沒時的情況，驗證浮力取決於排開流體的體積，而非物體本身的密度。

1. 1闡述阿基米德原理，並運用 F_b = rho_f g V_sub 計算浮力。
2. 2解釋為何物體在流體中的視重等於真實重量減去浮力。
3. 3透過比較物體的平均密度與流體密度，預測物體會浮起、下沉還是保持中性浮力（懸浮）。
4. 4解釋將高密度物料挖空如何降低其平均密度，從而使鋼鐵船殼能夠浮起。

教師常問的問題