水面为什么能浮硬币？

在研究物体的浮沉条件时，有个同学无意中发现了一个有趣的现象：把一塑料尺子竖放(或侧放)在水面时，发现尺子迅速下沉了；而当他把尺子平放在水面时，即可发现尺子漂在水面上。

竖放(或侧放)尺子在水面上时，尺子下沉，是由于尺子所受的浮力小于它自身的重力而引起的；那又为什么在平放尺子时，它却是漂浮在水面上，若按物体的浮沉条件，物体漂浮时浮力可是等于重力的呀。这两者岂不自相矛盾了吗?问题症结在哪里呢?

在高中物理教材第一册“固体和液体的性质”一章中，有一个小实验：要求学生用棉纸把缝衣针垫起放在水面上，当棉纸被水浸湿下沉后，观察现象并说明原因，很多同学认为缝衣针浮在水面是由于液体表面张力作用的原因，以为针受重力、浮力和液体表面张力三者相平衡而使针能漂在水表面上。

那么就让我们先来认识一下液体表面张力吧。

什么是液体的表面张力呢?

液体表面附近的分子由平衡位置向外运动时，因为外部空气和蒸气分子对它的斥力很小。不起显著作用。它只受到内部分子的吸引力，因此使它恢复到平衡位置的作用力就没有在液体内部时大，使得表面层里的分子振动的振幅要比液体内部分子的振幅大，一些动能大的分予就可能冲出吸力范围，成为蒸气分子，结果形成表面层里的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子之间的距离就比较大(r>r0)、正是由于液面分子分布较内部稀疏，分子间距r>r0，分子间引力占优势而产生了液体表面张力，由此可知，液体表面的张力实质是分子间相互作用的合力，它指向液体内部，可见托起硬币的力不可能是液体表面张力。那么让我们再来看看浮力吧。

先让我们先做一个实验：在一盛有水的烧杯的水面平放一张滤纸，把一枚面值一角的硬币平放在滤纸上，待滤纸被浸湿而下沉后，发现硬币仍漂在水面上。注意观察硬币周围会发现水面向下凹陷，而硬币并未浸入水中，只是漂在水表面上。由此可见，此时硬币并未受到浮力作用。那是什么力与重力相平衡而使硬币漂在水面上呢?

由上一实验现象可知，水面向下凹陷，发生了形变，从而产生了一个与形变方向相反的弹力——支持力，这就如在一个吹气的气球上放上一个物体，由于物体的重力而使气球形变(向下凹陷)，而产生了竖直向上的支持力一样。是这个与重力大小相等、方向相反的支持力使硬币漂在水表面上。( 上面几个实验中的塑料尺子、缝衣针漂在水面上与此相同 )

为什么侧放或竖放尺子、缝衣针以及硬币时，它们都将沉到水底呢?我们还是以硬币为例，当它侧放或竖放时，液面的受力面积很小，压强很大，压力作用效果显著；这与穿高跟鞋踩在沙地，鞋跟将陷入沙中一样，硬币陷入了水中，从而打破了水面的弹性形变，使水表面对它的支持力不复存在。此时硬币只受浮力和重力作用，而由于重力大于浮力，所以硬币很快就下沉到水底了。而平放时，对水面压强很小，就不会发生上述现象，而使硬币浮在水表面上保持平衡。在自然界中，也有许多相类似的现象。有些小昆虫可以在水面上跑来跑去或停留在水面上，不致于陷入水里，也是同样的道理。  中学生科技网 http://www.zxskj.com