這個可愛的泡泡沙漏，你們能打幾分？| 正經玩_風聞

原創：中科院物理所

今天小編在思(jiu)考(shi)人(mo)生(yu)的時候

看到了桌面上的沙漏

突然靈機一動

打算做個反向沙漏玩玩

實驗器材

所標杯、塑料瓶、乒乓球、注射器、剪刀、斜嘴鉗

實驗過程

敲黑板，實驗要注意安全，千萬不要傷到自己哦~

我們先來用塑料瓶做一個一頭寬一頭窄的圓筒

這裏最好用瓶體曲線比較平滑的塑料瓶

將塑料瓶尾部剪下

用這個圓筒我們可以先做一些簡單的實驗

比如初中剛剛接觸浮力時會接觸到的一個實驗：

將乒乓球放入筒中

從圓筒上方加水

我們會發現乒乓球並不會浮起來

不過如果我們將圓筒放在桌面上

或者用手蓋住瓶嘴處

過個幾秒鐘，乒乓球便會突然彈起

瞬間漂浮到水面上

大家回想一下浮力的本質

即不同的流體壓強作用在物體的各個表面上形成的壓力差

在剛才的實驗中兩種狀態之間的轉變非常劇烈

不過我們可以用一些手段來調控這種變化

比如向乒乓球中注水：

先在乒乓球上開一個小口

再用注射器向乒乓球內注水

不過不要注太滿哦

只要這個口開的不太大，

不僅球在空中時球中的水不會流出

球浸沒在水中時球中的空氣也不會逸出

那麼現在我們將注入部分水的乒乓球放入瓶中

向上方灌入水後將瓶蓋擰緊

然後靜置觀察：

我們可以看到乒乓球有節奏地彈跳起來然後落下

跳動的頻率隨着下方水面的上漲越來越高

並在瓶口處水灌滿後的幾秒內逐漸上浮

這裏乒乓球彈跳的節奏以及上浮前能夠彈跳的總時長

與乒乓球內的水量有關

大家可以多試試不同注水量對彈跳的影響

水量合適時得到的彈跳又明顯又持久

如果注水量較大

整個裝置也可以當成一種沙漏來使用

乒乓球上浮時就意味着沙漏時間到啦

原理解説

在瓶子下方敞開時（如上圖左側），乒乓球下方受到大氣壓強的作用，乒乓球與水接觸的部分受到大氣壓與水壓之和的壓強。只有乒乓球的邊緣（圖中紅線兩側）上下表面有向上的壓強差，能提供少量浮力，而乒乓球的中心部分壓強差向下，水壓將乒乓球牢牢地“釘”在了瓶口處。

在瓶口用瓶蓋、桌面或手封住時（如上圖右側），由於部分水會因為乒乓球表面的毛細作用滲入下方的空間，下方空氣體積減小、壓強增大。直到下方壓強增至乒乓球受到的合力向上時，乒乓球便會上浮。而一旦乒乓球上浮、水迅速湧入下方空間，乒乓球被水包裹，受到完整的浮力，所以向上回彈的速度極大。

不過如果我們將乒乓球灌入部分水，乒乓球整體的質量增大，在乒乓球彈起時，向上的加速度很小，形成的空隙很小。下方的空氣會水大量流下前率先以氣泡形式逸出，此時乒乓球與瓶壁的界面處上下壓強形成瞬時平衡，不過由於此刻水傾向於向下方空間流動，便會推動乒乓球向下運動，再次將空氣堵住。不過此時由於空氣體積減小了，下一次彈起所需的滲透水也會變少，所以乒乓球會越彈越快。直到下方的空氣全部逸出，乒乓球便會升起了。

如果乒乓球的水過多，使整體的密度與水接近的時候，在乒乓球第一次“抬起”時，打開的通道很窄，會形成一個微妙的平衡，使下方空氣與上方水的交換交替進行而不繼續使乒乓球運動，整體的週期非常平穩，就好似沙漏一般。