兒童科學小實驗 奇怪的浮沉子沙漏

實驗描述

仔細觀察左圖動畫：在一個裝滿水密閉的玻璃管中，有一8字形沙漏，其最大處外徑比玻璃管內徑略小。靜置一段時間，沙漏停在管子的上部並頂到管子的頂端。現將管子倒置，你認為會有什麼現象發生呢？人們往往認為沙漏會立即上浮，但令人驚訝的是沙漏並不立即上浮，而是停在水底不動，等一會兒，它又會開始上浮。對此，你是否有要把它弄個明白的慾望呢？

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實驗揭祕：

原來倒置玻璃管時，沙漏隨之顛倒。此時沙漏“頭重腳輕”，向旁邊傾倒，由於沙漏最大處外徑比玻璃管內徑略小，所以它稍斜靠在玻璃管內壁上，兩者之間有摩擦。玻璃管管壁給沙漏的摩擦力與沙漏受到的重力之和大於其所受浮力，所以它要停一會。隨著沙的下漏，沙漏在水中慢慢立直，與管壁的摩擦力逐漸小直至消失，浮力大於重力，沙漏上浮。

下面的這個沙漏浮沉子主要由支撐架、活動框架、小沙漏、裝有水的透明圓柱玻璃管（玻璃管的直徑與沙漏的“肚狀”部分的直徑相當）組成。

請再仔細觀察以下視訊和圖片，下圖是沙漏運動過程中的一幕。

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裝置製作：佚名；圖文：董豔輝、陳海深

追根溯源：

此裝置最初於1993年12月刊登在美國AApT舉辦的THEpHYSICSTEACHER雜誌上，我國的《物理通報》於1995年第1期進行了轉載，廣西師範大學羅星凱教授的《中學物理疑難實驗專題研究》一書中（廣西師範大學出版社1998年6月第1版第121-122頁），對此裝置也有相關的介紹和討論。