物体在水中的力

  前段时间，在抖音上发现了一条非常有趣的科学现象，开始我看完之后只是觉得非常的神奇，但之后仔细想了一下其中的原理，发现了更加神秘的，有趣的知识。

现象：1.将一个瓶子里倒入水，此时将一枚硬币与水平面平行的放置于水面上，这时水面是往下凹的形态，这枚硬币无论如何都会到于水面的中间，无论你把它怎样拖到边缘，都会回归中间。2.此时，再放入一个小木块，这个小木块却会靠近边缘， 无论如何拉扯，他最终都会到达边缘的位置。3.这时，再放入一枚与原来一样的硬币，它也到了水面中间。4.这个时候我们往瓶中加水，水面呈凸起状，这时发现硬币和小木块的位置互换。

  基于此现象，我们可以提出几个问题。1.为什么硬币会浮在水的表面？2.为什么硬币始终会浮在中间的位置？3.为什么小木块会在边缘位置？4.为什么加上水之后，两者位置会互换？基于这四个问题，我们来展开探索。

  首先我们来看一下，硬币为什么会浮在水的表面？我平常将一个石头放在水上，他就会沉下去，但为什么硬币会浮在水的表面？如图：

首先我猜测是，水的表面是有张力的。他就像一层薄膜一样，盖在水的表面。那么这层薄膜是如何产生的呢？我们知道水的表面，他是有空气相结合的，也就是说，空气这个介质中的分子是与液体分子结合的，他们两个结合在一起，就形成了这种薄膜。由此，也可以知道这瓶水中间的部分与表层部分是不一样的，它们的分子排列结构是不一样。表层的分子会更加稀疏，彼此之间的间距也会更大，他就像是一个弹簧，被拉扯开后自然也会呈现一个收缩的形式。而就是这种结构，撑开了距离之后，分子又因彼此之间有吸引力，想结合在一起。形成了一个表面的薄膜。这个薄膜他是有张力的， 有弹性的。所以他会起到一个向上的力，或者说是支撑，这也使得一些物质可以被撑在上面浮于水表面。但这也取决于这个物体是如何放上去的。就比如这枚硬币，他之所以能放上去是因为他的受力面很大，但如果把它竖着放上去，就会直接沉下去。那为什么一个石头放上去就会直接沉下去，这就是因为石头的重力已经打破了表面向上的力，所以他就会沉下去，也就是说一个物体能否浮在上面，也取决于它的重力，而这枚硬币的重量显然是小于表面向上的力量，所以他才会浮在上面。最后再总结一下：这枚硬币，之所以能浮在表面，是因为水表面的张力，并且这枚硬币的重力小于水表面张力。但最终还是要再说一下，水的表面张力和它的深度，以及容积是没有关系的，他始终都是不变的。

  那么为什么这枚硬币，会始终在水表面的中间呢？我的猜想是，一个物体所承受一个重量的时候，为了保持平衡肯定会让他在中间。因为就像是一个圆心到任何地方，他的距离都是一样的，受力也是一样的。这样才会保持平衡，不然哪怕把它放到边缘，他也是要回到中间，为了保持平衡。那么再放一枚硬币放进去依然能浮在中间的问题也就解决了。

  可是为什么小木块放在水里，却会跑到边缘？首先，我的猜想是和它的重量有关系，不然为什么在后面，将一枚同样的硬币放在水里，他也会跑到中间？水的表面张力都是一样的，肯定和他自己本身的重量有关。我的第二个观点是和他受到的合力有关。如果现在这盆水里什么都没有将这个小木块放着水，他肯定也会像硬币一样跑到中间，但现在中间已经有一枚硬币了，所以他受到的力也就不一样。也就是说，合力决定了最后物体移动的位置。

这幅图就可以证明，一个物体受到的合力决定了它最后移动的位置。现在水的表面有一个小木块，他受到的力有两方面。一个是水的表面张力想上的力，一个是他自身的重力向下的力。当两个力完全一样的时候，也就是保持绝对零的时候，他会静止不动。但如果重力大于浮力，他就会沉下去，如果浮力大于重力，他也会浮在上面。

  那我为什么往瓶里加水之后，两者的位置就互换了？如图：

无论怎么波动，两者都会回到自己原本的位置。我的猜想是依然是它们受到的合力不同，合力发生了改变，合力决定物体最终移动的位置。我们可以考虑一下，哪几个量发生了改变，或者就是说有哪几个变量。首先水的增加会引起浮力的变化，因为原来水是凹下去的，但现在是凸起来的，所以他的浮力发生了变化。浮力不一样，也会导致合力的变化。还有一点就是原来硬币在中间时，水的中间和旁边高度不一样，中间低，旁边高。但现在变成了中间高旁边低，两者自然会换一下位置，有合力的变化。就是因为这几个变量导致了合力的变化，也导致了物体位置的变化。

  最终我亲自做了一下实验，还发现了一个现象。一个物体放置于水中不断地加水，水没过这个物体的部分也会越来越多，越来越高，随着水位的上升，物体的排水量不变。而在这个过程中物体的状态一直是悬浮着的，说明它的合力没有变，向上的力和向下的都是一样的。

  这也就是一个物体在水中的力，不同的力，力的变化最终导致了物体位置的变化。