下沉物體：重量與最大浮力
1·預測
將金屬沉降片放入水中並完全浸沒在底部。一旦它完全浸沒，讓它變重會改變它的浸沒程度嗎？
- 較重的沉降片淹沒得更多（超過 100%）。
- 它已經完全淹沒（100%），因此再增加質量也無法使它淹沒得更深。
- 較重的沉降片浸沒得越少，因為它下落得越快。
2·設定
- 開啟 fluid-sink 預設並按下 Reset。沉降片落入水中並停留在水箱地板上。
- 啟用沉子的浸沒比例探針。
- 設定每次試驗的沉降片質量，使其沉降，並記錄其浸沒分數。
3·收集數據
| 沉塊質量 m (kg) | 重量 mg (N) | 浸沒部分 |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
針對三次試驗，繪製浸沒比例（Y軸）相對重量（x軸）的關係圖。
4·分析
- 本模擬將沉子建模為半徑 0.4 m 的圓盤，沿水箱固定的切片深度 0.005 m 拉伸而成——使用水的密度1000 kg/m³計算其完整體積 V_full = π·r²·(切片深度)，並求出可能的最大浮力ρ·g·V_full。將其與每次試驗的重量比較。
- 解釋為什麼一旦重量超過最大浮力，無論沉降片重多少，浸沒分數都會維持在 1.0 (100%)。
5·擴展
- 該沉塊的最大浮力約為 24.6 N——任何質量低於約 2.5 公斤的物體都會漂浮。把它與 fluid-float 實驗相比較：什麼決定物體是漂浮還是下沉？
- 海水比淡水密度更大。一個在淡水中完全沉沒的沉子，在海水中是否一定也會完全沉沒？請用浮力公式解釋。
這個實驗背後的物理原理
阿基米德原理（最大）
物體所能承受的最大浮力是 ρ·g·V_full——如果完全浸入水中，物體所排開的液體的重量。一旦物體的重量超過這個上限，它就會下沉並完全淹沒在水中；增加更多的質量不能進一步淹沒它，因為它已經取代了它的整個體積。