品故事 学物理│密度、压强和浮力之第三、四回

编写/张虎岗

密度、压强和浮力第三回

牛顿再破失窃案

自从帮大熊警长和老虎大人连破两宗疑案后，牛顿老师俨然成了一位“编外侦探”。

这天，他刚要上班。就看到大熊警长从远处急匆匆地赶来。

大熊警长说：“牛顿老师，还得麻烦你一下。今天早上，发生了一起窃案，小仓鼠家的奶酪全丢失了。”

牛顿老师说：“有什么线索？”

大熊警长说：“由于前两天刚下过雨，地面非常松软，在仓库旁边，我们发现了一行足迹。经鉴定，是狐狸留下的。”

牛顿老师说：“咱们森林里狐狸可不少呀！”

大熊警长说：“经过对脚印进行比对，怀疑的对象有四个，烂尾狐、短尾狐、长耳狐和红毛狐，这四只狐狸脚趾大小差不多，现在无法确定脚印到底是哪只狐狸留下的。您也知道，狐狸是非常狡猾的，如果没有十足的把握，贸然下手可能适当其反。”

牛顿老师想了想说：“这好办。你等我一下。”

说完，牛顿老师又回到家中。不一会儿，提了一个提包出来。对大熊警长说：“我们去现场看一下。”

到了现场，牛顿老师果然在地上看到了清晰的脚印。只见牛顿老师从提包拿出一盒钢卷尺。他将卷尺拉出一段，先测出脚印的深度h；接着，又从提包中拿出一卷东西，展开后原来是一个带格的透明塑料纸。他把塑料纸蒙在脚印上方（情景如图所示），对胖胖兔说：“你查一个这个脚印一共有多少格。记住，凡是大于半格的都算一格，小于半格的都不算。”

说完，牛顿老师又从口袋中拿出一个很轻、坚硬的薄垫片和一个压力测力计。他把这个薄垫片平放在雪地上，然后在紧挨狐狸脚印的旁边的地面上用压力测力计竖直向下压这个薄垫片，当垫片下陷的深度与脚印深度相同时，记下测力计的示数为F。

这时，大熊警长也数出脚印所占的格数为n。不过他还是不明白牛顿老师为什么这样做。

牛顿老师解释说：“把物体放在支承面上时，物体对支承面有压力和压强，会使地面凹陷，压强越大，凹痕越深。刚才我把薄垫片放在地上，向下压它，使它对地面产生压强，并使凹痕深浅与脚印深浅相同。这时，薄垫片对地面的压强与狐狸的脚对地面的压强相等。如果我们计算出薄垫片对地面的的压强，就相当于知道了狐狸对地面的压强。”

大熊警长说：“怎么计算呢？”

牛顿老师说：“薄垫片的面积为S，它受到压力为F，则地面所受压强p＝F/S。”

大熊警长说：“求出它有什么用呢？”

牛顿老师说：“刚才我让数出脚印所占的格数。每格的面积为S0，脚印占n格，因此，每个脚印的面积是nS0。”

大熊警长说：“我明白了，nS0乘以F/S就可以求出狼对地面的压力，也就是狐狸的重力，对不对？”

牛顿老师说：“你说的不错，不过你忽略了一点。当狐狸偷奶酪时是两只脚着地的。因此受力面积应当为2nS0，则狼的重力应当为2nS0F/S。

由于计算出了狐狸的重力，通过查询这几只狐狸的基本信息，发现长耳狐的体重最接近，嫌疑最大。最后，大熊警长又调查了它当晚的行踪。在确凿的证据面前，长耳狐不得不如实地交待了自己罪行。

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应用压强公式解决实际问题

密度、压强和浮力第四回

乖乖请客话带鱼

小兔乖乖班上才转来一位同学，是一只叫做卡拉的小猫。没有几天，乖乖就和卡拉成了好朋友。这不，乖乖还请卡拉星期天到他家做客呢！

知道卡拉要来家里，乖乖的妈妈说：“咱们给小客人准备点什么呢？”

乖乖说：“卡拉最爱吃鱼了，要不你给他做红烧带鱼吧。现在的带鱼肉嫩体肥、味道鲜美，营养价值极高，我想他一定爱吃的。”

星期天，卡拉如约到了乖乖家，吃了乖乖妈妈做的红烧带鱼，赞不绝口。卡拉说：“这带鱼真好吃，回去我让妈妈买几条养在家里，这样什么想吃就什么时候吃。”

听了卡拉的话，乖乖妈妈说：“带鱼都是从海里捕捞的，还没有人工养殖的。”

卡拉感到很奇怪，说：“为什么不养殖呢？鲤鱼不都是人工养殖的吗？”

乖乖忙对卡拉解释说：“鲤鱼是浅水鱼，可以人工养殖，所以我们经常看到卖鱼的水箱内就有活的鲤鱼游来游去，就算是把它拿出水，它也不会立即死去；带鱼就不一样了，它生活在海水中，并且是深水鱼，一般生活在海面下15米到40米的地方。在这么深的海水中，带鱼身体承受着海水施加给它的巨大的压强，由于长期的生存演化，在它们的体内也有着同样大的向外的压强，所以身体内外才能保持平衡，不会被海水压扁。当其被捕获，从深水进入浅水后，它体表所受的海水压强会大大减小，远远小于其体内的气压，因此溶解在它血液中的氧气会迅速膨胀，造成血管阻塞；同时，鱼鳔甚至是全身组织都可能胀破，从而导致体腔出血，因此没等上岸它就死了。所以在市场上只有卖死带鱼的，没有卖活带鱼的。”

听到了乖乖的解释，卡拉说：“怪不得，我们每次见到的带鱼都是死的！”

乖乖妈妈说：“深水鱼到了浅水中会死，那么浅水鱼到了深水中会怎样呢？”

乖乖说：“浅水鱼到了深水中，体表所受水的压强变大，大于其体内气压，有可能被压扁，因此浅水鱼也不能在深水区生活。”

听了乖乖的解释，卡拉说：“人游泳时，为什么向下潜没事呢？”

乖乖说：“这是因为人下潜的深度比较小。潜入水中深度大，人体表所受到的水施加的压强越大。如果潜入水中足够深，此时海水对人的压强等于或者大于人体所能承受的最大压强，这时人就会被压扁，不能呼吸，再也不能下潜半点了。所以说，人在水中潜下的深度会受到限制。”

卡拉说：“可是穿了潜水服，人就能潜到水中更深的地方了，潜水服与一般的衣服有什么不一样的？”

乖乖说：“穿上潜水服，能潜入更深的水中，是因为潜水服能抵抗更大的水压，潜水服的外壳比较坚固。另外，还需要注意的是，如果人长时间在水下，还要戴上一个氧气瓶，不然会缺氧的，也会有生命危险。”

听了乖乖的话，卡拉羡慕地说：“你懂得真多呀！”

乖乖说：“我算什么呀！咱们牛顿老师知道的事才叫多呢！”

乖乖妈妈说：“好了。讨论到此结束。快点吃鱼吧，不然一会儿就凉了。”

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液体压强随深度的增加而增大