下沉物体：重量与最大浮力
1·预测
将金属沉降片放入水中并完全浸没在底部。一旦它完全浸没，让它变重会改变它的浸没程度吗？
- 较重的沉降片淹没得更多（超过 100%）。
- 它已经完全淹没（100%），因此更多的质量无法进一步淹没它。
- 较重的沉降片浸没得越少，因为它下落得越快。
2·设置
- 打开「下沉物体：重量与最大浮力（fluid-sink）」预设并按重置。沉降片落入水中并停留在水箱地板上。
- 启用沉子的浸没比例探针。
- 设置每次试验的沉降片质量，使其沉降，并记录其浸没分数。
3·收集数据
| 沉子质量 m (kg) | 重力 mg (N) | 浸没部分 |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
针对三次试验，绘制浸没比例（y轴）相对重量（x轴）的关系图。
4·分析
- 本模拟将沉子建模为半径 0.4 m 的圆盘，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计算其完整体积 V_full = π·r²·(切片深度)，并求出可能的最大浮力ρ·g·V_full。将其与每次试验的重量比较。
- 解释为什么一旦重量超过最大浮力，无论沉降片重多少，浸没分数都会保持在 1.0 (100%)。
5·扩展
- 该沉块的最大浮力约为 24.6 N——任何质量低于约 2.5 kg 的物体都会漂浮。把它与 fluid-float 实验相比较：什么决定物体是漂浮还是下沉？
- 海水比淡水密度更大。一个在淡水中完全沉没的沉子，在海水中是否一定也会完全沉没？请用浮力公式解释。
这个实验背后的物理原理
阿基米德原理（最大）
物体能受到的最大浮力是 ρ·g·V_full——即它完全浸没时排开的液体的重量。一旦物体的重量超过这个上限，它就会下沉并保持完全浸没；再增加质量也无法让它"浸没得更多"，因为它已经排开了自己的全部体积。