對水果浮沉現象的探究

吳柳燕，張殷，唐昌國

1廣西師范大學；2桂林理工大學附屬小學

對水果浮沉現象的探究

吳柳燕1，張殷1，唐昌國2

1廣西師范大學；2桂林理工大學附屬小學

水果是一種人們常見的食物，本文以水果為研究對象，先探究大小相同的橙子浮沉情況不同的原因，并從中發現橙子沉浮的另一個有趣的現象，從而引發對不同品種的梨以及不同種類水果在水中沉浮情況的探究。

水果；浮沉；探究

一、探究大小相同的橙子浮沉情況不同的原因

洗橙子的時候發現：兩個大小差不多大的橙子在水里的沉浮狀態完全不一樣。這引發了對此現象的探究。

探究物體的浮沉有兩種方法：第一種是比較物體重力與浮力大小關系。這需要測量物體重力與浮力的大小：橙子重力可以通過電子稱稱出質量，再乘上當地重力加速度就可以得到；橙子浮力可以利用排水法測出橙子排開液體的重力。但是這種方法用于測量上浮的橙子比較困難，因為一開始它受到的浮力與最終靜止在水面上的時候的浮力是不一樣的。

由于第一種探究方法存在以上的問題，于是想到第二種探究物體浮沉的方法：比較橙子的密度與水的密度。由于物體的密度是一種屬性相對穩定，不會像浮力那樣隨著物體運動狀態的改變而發生改變。想得到橙子的密度ρ橙需要測量橙子的質量m與體積v,橙子的質量用電子稱稱出來，而橙子的體積通過排水法可測出來（注意測量浮在水面上的物體體積時需要將其壓沒到水里），再根據公式ρ=M∕V計算出橙子的密度ρ橙。因為實驗是將橙子放入水中，所以將算出橙子的密度與水的密度1 g∕cm3進行比較：1號橙子的密度ρ橙=1.06大于水的密度，所以它沉在水底，2號橙子的密度ρ橙=0.92小于水的密度，所以它浮在水面上，可看出計算的結果與實驗的現象相吻合。

二、橙子沉浮另一個有趣現象的探究

前面利用物理知識整體地探究橙子浮沉的原因，接下來將繼續深入探究橙子沉浮的另一個有趣現象：將原本浮在水面上的2號橙子的皮剝掉，再將其放入水中，會看到橙肉下沉、橙皮上浮的現象。這現象說明橙肉的密度比水的密度大，而橙皮的密度比水的密度小。橙皮就像游泳圈一樣“保護”著2號橙子不下沉。水果中有以上有趣現象的水果還有：橘子、香蕉、柚子、山竹等。出現這種現象的原因是：它們果肉內部主要成分是糖類,導致果肉整體密度比水大。而果皮松軟并附著許多小氣孔，因此導致果皮的密度比水小。以下的實驗現象驗證了這一原因：橙皮一開始放入水里是浮在水面上，這是由于橙皮上有很多氣孔，但是經過一個晚上，水會充滿這些氣孔，導致橙皮的質量變重，這時橙皮所受的重力大于浮力，它就會沉下去。

三、探究不同品種的梨在水中沉浮情況

不同品種的梨在水中的浮沉情況會一樣嗎？將蘋果梨、雪花梨、貢梨和香梨放入水中做實驗，實驗結果是四種梨中只有雪花梨沉到水底，其他三種梨都是漂浮在水面上。是什么導致它們的沉浮的情況不一樣呢？四種梨的浮沉情況不同肯定是由于它們密度不同，要得到梨的密度可以測出梨的質量m與體積v,再根據公式ρ=M∕V計算出梨的密度ρ梨，計算結果只有雪花梨的密度ρ梨=1.02比水的密度大，所以只有它沉到水底，其他三種梨密度計算結果比水的密度小，所以它們浮在水面上。但是如果要具體地分析這四種梨的哪個部分引起它們的密度的變化，就還需要進一步的探究。

為了進一步探究影響這四種梨的浮沉的因素，需要將梨分為梨皮、梨肉和果心三部分。然后分別對以上三個部分進行實驗。

實驗1：將四種梨的皮削到水里，發現四種梨的皮都是沉下去的。

實驗2：將四種梨的果肉削到水里，除了蘋果梨的果肉是浮的，其他梨的果肉都是沉下去的。

實驗3：將四種梨的果肉吃完后，將它們的果心丟到水里，除了雪花梨是沉下去的，其他梨的果心都是浮起來的。

根據以上實驗現象可以猜想梨的浮沉與果心有很大關系，因為果心的浮沉情況與四種梨的浮沉情況一致性是最大的。為了探索其中到奧秘，將四種梨的果心切開，切開后發現只有雪花梨和蘋果梨果心的里面是相對實心的，而貢梨和香梨這兩種梨核與核之間空隙很大，里面所含有空氣比較多會使這兩種梨的整體密度變小，最終導致它們能浮在水面上。雖然蘋果梨也是實心的，但是從實驗2中可知它的果肉是浮起來的，這是因為它的果肉含的水分比較少，導致整個蘋果梨也是浮在水面上的。

關于果心的空隙大導致物體整體密度變小的水果還有大芒果，很多人認為大芒果比較重就應該沉下去，而小芒果比較輕就會浮上來，但是做實驗會發現現象剛好與上面的猜想相反。只要仔細觀察會發現大芒果與小芒果除了大小不同之外，還有一個最大的不同就是它們的果心不同，吃過小芒果的人都會知道它的果心是扁扁的很薄的一層，里面的縫隙很小，但是大芒果就不一樣，它的果心鼓鼓的，剖開會發現里面不是緊實的，而是有一定的空隙，這就會導致整個大芒果密度變小，最終反而浮在水面上。

四、探究不同種類水果在水中的沉浮情況

將蘋果、梨、番石榴和橙子放入水里，梨沉在水底，其他的三種水果都浮在水面上，而且這三種水果浮出水面的高低各不相同。沉在水底的梨密度肯定比水大，所以梨應該是這四種水果之中密度最大的，那其他三種水果如何比較它們的密度大小嗎？只要利用前面提到的測量方法是可以分別計算出它們密度大小，然后再進行比較。但是這種方法很繁瑣，能否只通過四種水果在水中的浮沉情況直接判斷呢？

其實可以根據這三種水果浮出水面的高低來判斷它們密度的大小。實驗中浮在最上面的是蘋果，它也是這三種水果中露出水面最多的，因此它的密度最小，接著就到橙子，它浮出水面的高度沒有蘋果的多，但是比番石榴浮出的水面部分多一點，因此橙子的密度大于蘋果的密度但是要小于番石榴的密度。番石榴露出水面的高度最小，因此它的密度比橙子和蘋果的密度都要大。所以根據這三種水果浮出水面的高低是可以判斷它們密度的大小，浮出水面的部分越高，它的密度越小；浮出水面的部分越低，它的密度就會越大，如果浮出水面的高度為零，就相當于沉在水里，那么它的密度就是最大的。