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一元硬币检验水管是否添加碳酸钙杂质的原理

PPR管资讯 编辑天净 浏览量110 日期2022-03-01 16:39:25

CCTV一10《我爱发明》栏目曾经介绍了一个识别PPR管材优劣方法,简单地说就是截取一段质量为60g的PPR水管,卡入一个2004年以后一元钱硬币,放入水中,下沉的就是添加了碳酸钙的水管,未下沉的就是没有添加碳酸钙的。

这个实验是很多人都知道的一个小实验,大家都知道它利用了浮力的原理,但能详细解释的机会并不多,今天就给大家来说一说。

1.为什么要卡入一元钱硬币?

我们知道PPR材料的密度是一般是在0.89-0.91g/cm3,水的密度是1g/cm3,所以正常情况下PPR水管是漂浮在水面上的。而碳酸钙密度在2.7g/cm3以上,如果把它惨到PPR水管中,PPR水管整体的密度就会变大,但是由于添加的碳酸钙是少量的,所以整体密度依然是小于1g/cm3得,它在水中也是漂浮的,这就看不出它和好PPR水管的差别。

于是《我爱发明》栏目就想了一个办法,给PPR水管卡上一个密度更大的一元硬币,作为一个配重(硬币质量是6g),然后截取一定质量的未添加碳酸钙的PPR水管,使它刚好能漂浮在水面上。这时候再截取相同质量的添加碳酸钙的PPR水管,卡入一元钱硬币,那么它必然会下沉。这就是要加一元钱硬币的原因。而这两次截取PPR水管的质量刚好是60g。

2.原理解释

9.jpg

首先,我们需要清楚物体在水中悬浮和下沉是两种不同的状态,物体在水中受两个力,一个是向上的浮力F,一个是向下的重力G。物体上浮,那一定是F>G,物体下沉,说明F<G。

物体在水中悬浮时的受力分析

现在我们取的物体质量是一样的,都是66g,这就说明,重力G是一样的,如果说上浮的PPR管变编号为1,下沉的PPR管编号为2,我们就可以得出F1>G1=G2>F2,也就是说,当浸没在水中时,上浮的PPR管实际受到的浮力是大于下沉的PPR管的。

那么我们在来看浮力的公式:F=ρ·g·V

其中,F是浮力的大小;ρ是水的密度,是一个常数,是定值;g是一个自然常数,也是定值,一般取9.8;V是物体在水中排开水的体积,当浸没时,实际上也就是物体的体积。所以,在这个实验中,这个公式的一变量就是V,然后我们就知道当F1>F2时,实际上就是V1>V2,也就是上浮的PPR管实际的体积是要大于下沉的PPR管的。此外,我们知道它们的质量是一样的,都是60g,当质量一定时,体积越大,密度越小,体积越小,密度越大。下沉的PPR管体积小,那么它的密度就大,密度大应该就是添加了碳酸钙导致的。

这个一元钱鉴别PPR水管是否添加碳酸钙实验的原理就是这样的,这下你清楚了吧。


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