一個水缸中,放入一個比水密度稍大的物體,然後放入鹽,物體漂浮,提高物體重力勢能?

一個水缸中,放入一個比水密度稍大的物體,然後放入鹽,物體漂浮,提高物體重力勢能?軒中2017-07-06 17:21:37

這是一個很有趣的問題。

一個水缸中,放入一個比水密度稍大的物體,這個物體一開始是下沉的,然後放入鹽,物體會漂浮起來,這個時候它的重力勢能確實會有所增加,這些增加的勢能肯定是從其他形式的能量轉化過來的。

在水中加入鹽以後,鹽會溶解,溶解後變成鹽水,密度增加,對浸沒在鹽水中的物體的浮力也會增加。

那麼,我們從能量守恆的角度來分析這個問題的時候,我們只能得到這樣的結論:物體上浮引起的重力勢能的增加來自與鹽的化學能。

鹽作為一個分子,鹽分子其實就是氯化鈉分子。但是,鹽同時是一種晶體,這種晶體它有一種週而復始的週期性結構。這種週期性結構蘊含了化學能。當鹽放到水裡的時候,晶體的這種週期性結構被破壞,化學能得到了釋放,提高了鹽水的密度,也就相應地能給物體漂浮提供增加的重力勢能了。

化學能雖然人的肉眼是看不見的,但它確實是存在的。而根據能量的轉化與守恆定律,這種化學能是可以轉化為物體的重力勢能的。

具體這方面的文獻可以參考錢學森的《物理力學講義》。當然,從另外一個角度來說,這個化學能不是直接釋放給了漂浮的物體,它是透過增加鹽水的密度來間接實現的。這就好像我們去銀行存錢,然後銀行再把錢貸款給了企業,雖然不是我們直接把錢借給了企業,但總的錢是守恆的。

對於鹽水的密度問題,則是比較複雜的,因為水分子本身是結合在一起的一個組合物,它們如何與氯化鈉分子抱團,是一個非常有趣的前沿問題,知道這個問題答案的人,在中國不會超過30人。