核心概念
物理學
水
浮力
阿基米德原理
引言
你有沒有想過為什麼大多數魚不會沉到海底或浮到水面？它們是如何在水下保持如此完美的浮力的？你可能會驚訝地聽到，大多數硬骨魚都有一個特殊的器官來幫助它們：魚鰾。這是一個位於魚體內、通常充滿氣體的薄壁囊。除了幫助魚保持浮力外，它還可以作為聲音的產生器和接收器，或作為輔助呼吸器官。想知道魚鰾是如何工作的嗎？試試這個活動來找出答案！
背景
你可能知道物體放入水中會沉或浮。在這兩種情況下，水都會移開，或被排開，為物體騰出空間。一位名叫阿基米德的古希臘科學家發現了這個浮力原理。在物理學中，浮力是“向上推浸入液體中的物體的力”。如果你曾經試圖將一個沙灘球推入水下，你就會感受到這種浮力。球似乎向上推回，儘管你正在向下推它！阿基米德還發現，液體施加的向上作用力的大小等於物體排開的水量。同時，排開水的體積始終與浸沒物體的體積相同。這就是為什麼排水法是確定不規則形狀物體體積的好方法。
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物體是沉還是浮取決於哪個力更大：將物體向下拉的重力（其重量）或向上推它的浮力。如果浮力大於物體的重量，它就會漂浮在水面上。但是，如果物體的重量超過浮力，它就會沉到水底。當浮力正好與物體的重量相同時，物體具有中性浮力並保持在其水平位置。這意味著物體的密度也變得重要。緻密的物體具有很大的質量，並且僅排開少量水；它們具有很大的質量體積比。如果一個物體的質量很小但排開大量水，則其密度較小，因此質量體積比也較小。密度大於水的物體會沉沒，而密度小於水的物體會漂浮。
這一切與魚鰾有什麼關係？對於魚來說，要具有浮力或漂浮，它必須排開等於或大於自身質量的水量。訣竅在於魚鰾，它基本上就像一個充氣的氣球，可以根據內部氣體量的多少而膨脹和收縮。當魚鰾膨脹時，它的體積會增加，因此會排開更多的水。這會增加魚的浮力，它會向上漂浮。當魚鰾收縮時，魚的浮力會降低，並且由於排開的水量減少而下沉。潛水員在他們的浮力控制裝置中使用了相同的概念。
材料
小玻璃瓶
可放入瓶內的氣球
塑膠管（至少 30 釐米或 12 英寸長）
大型防水且最好是透明的桶或容器（它應該有足夠的空間，以便玻璃瓶可以在其中自由漂浮。）
堅固的防水膠帶
水
毛巾
準備工作
找到一個可以承受水濺的工作空間。
將管子的一端穿過氣球的開口，然後用膠帶將氣球和管子粘在一起，形成密封。之後，你應該能夠透過管子吹氣來給氣球充氣。確保氣球和管子之間的連線是氣密的。
將氣球放入玻璃瓶內，並將管子粘到瓶口上。
往桶裡注水。
步驟
將裝有氣球的瓶子放入桶中。保持管子的另一端在桶外。當你把瓶子放入水中時會發生什麼？它是漂浮還是下沉？為什麼？
小心地對著管子吹氣，使瓶子內部的氣球稍微膨脹一點。稍微給氣球充氣會改變瓶子的漂浮狀態嗎？
繼續給氣球充氣，直到它幾乎充滿整個瓶子。當你給氣球充氣越來越多時會發生什麼？你能解釋你的觀察結果嗎？
接下來，讓氣球放氣。這如何改變瓶子在水中的位置？
玩一下給瓶子內的氣球充氣和放氣。你能找到瓶子內部氣球大小與後者漂浮狀態之間的相關性嗎？
額外：嘗試使用不同型別的瓶子或氣球來模擬不同大小的魚。它們都給你相同的結果嗎？如果你把一個小氣球放在一個非常大的瓶子裡，或者反之，會怎麼樣？
額外：用塑膠瓶代替玻璃瓶，這個活動也有效嗎？為什麼？測試一下就知道了！
觀察和結果
你能看到你製作的東西如何類似於魚嗎？玻璃瓶模仿魚的身體，氣球代表其體內的魚鰾。當你把瓶子放入桶中時，它應該會充滿水並沉到水底。這是因為裝滿水的玻璃瓶的重量大於將其向上推的浮力。當你給氣球充氣時，這種情況會改變；當它膨脹時，它會將水從瓶子中排出。你現在在瓶子裡有一個充氣的氣球。由於空氣比水輕得多，當氣球充滿更多空氣時，瓶子的重量會減輕。瓶子最終會變輕，因此向下推的力量弱於將瓶子向上推的浮力。此時，瓶子將開始向上漂浮到水面。
當你再次給氣球放氣時，情況會相反——由於水流回瓶子，瓶子會變重，並且開始下沉。你可能已經注意到，這個活動用塑膠瓶效果不太好。這是因為塑膠本身的密度小於水，傾向於漂浮，而玻璃的密度大於水，因此會下沉。
清理
將管子從瓶子和氣球上拆下，並用毛巾或紙巾擦乾所有濺出的水和材料。
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