上下顛倒的小船

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文／陳雅茜（科學少年總編輯) 2020-09-23 10:00

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文／陳雅茜（科學少年總編輯)
一艘浮在河面上的船，任誰也不會訝異，但如果有一條河，河面朝下，那麼船可以上下顛倒的在河面航行嗎？
這想像起來宛如童話世界裡的畫面，卻在真實世界裡成真了！法國科學家在研究懸浮液體時，將高黏度的矽油（或甘油）放入容器內，並從下方打入空氣，經由機器振盪後，液體會懸浮在空氣之上。科學家一時好奇，想知道如果將玩具小船放置在朝下的液面會發生什麼事，於是動手實驗，沒想到，小船竟然頭下腳上的懸浮在液面上，並未往下掉，彷彿河面倒影一般。
這是如何發生的？其實用浮力原理就能解釋。古希臘科學家阿基米德發現，當一個物體進入液體中，會受到液體的浮力作用，浮力等於物體排開的液體體積乘以液體密度，也就是排開的液體重量。如果重力大於浮力，物體會下沉，如果浮力可以抵消重力，物體就能浮在液面上。
以河面的船為例，船會受到往下的重力，也會受到往上的浮力，而浮力等於船排開的水重。所以船愈重，吃水愈深，如此一來，浮力才能抵消重力。那麼朝下的液面呢？道理也是一樣的。當科學家把小船放在液面並往液體內頂，船身會排開液體，因此受到往上的浮力，當浮力抵銷重力，船就不會掉下來了。這個違反直覺的現象讓人大吃一驚，研究成果發表在知名的《自然》期刊上。
最後請同學有空的時候想想看，如果科學家只是把小船平貼在朝下的液面，船會怎麼樣呢？但如果船身太深入液體內，又會怎麼樣呢？
本專欄與「科學少年編輯部」合作刊載，歡迎前往部落格追蹤最新消息！

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