王莲浮力的奥秘与探究

老唐

一、简介

王莲，原产于南美热带地区,主要产于巴西、玻利维亚等国。须要高温、高湿、阳光充足的环境下生长发育。1959年,中国从德国引种并在温室内栽培获得成功。

王莲是著名的水上观赏植物。具有世界上水生植物中最大的叶片,直径可达3米以上,叶面光滑,叶缘上卷,犹如一只只浮在水面上的翠绿色大玉盘;因其叶脉与一般植物的叶脉结构不同 成肋条状,似伞架,所以具有很大的浮力,最多可承受90千克左右的物体而不下沉,见图1

（图1）

　　和普通叶子薄厚相当的王莲叶子,其巨大浮力的秘诀,在于王莲叶片背面有类似于蜘蛛网的粗壮叶脉。王莲叶子背面正中间位置处是叶柄,从叶柄处放射状排列着无数粗大而空心的叶脉,大叶脉之间又连着镰刀形状较细的叶脉,叶脉里面还有气室,形成了相互交错的叶骨架结构。正是这种结构,使王莲叶子具有了超大的承重力,并且稳稳地浮在水面上。

当重物放至王莲上时,根据阿几米德原理,需要排开与重物等重的水,因此王莲的叶面会下沉(就跟船载人后吃水加深是一样的道理)。王莲的叶子边缘往上折,因此叶面下沉时,水并不会流进叶面,否则会跟漏水的船一样沉到水底,加上王莲的叶子直径可达2公尺,因此只要叶面下沉一点点就可以排开大量的水而获得足够的浮力(直径2公尺的空心圆筒每下降1公分可排开31.4公斤的水),所以可以承载像人那么重的东西。叶子够坚固也是必要条件,不然东西一摆上去,叶子的碗形支撑被破坏,水就会流进来,见图2

现在,王莲叶子的结构原理已经应用于城市建筑。许多现代化的机场大厅、宫殿、厂房,也都应用王莲这一超承重力的原理。

（图2）

二、设计、材料与制作

1.设计方案:直径为约36cm的圆形底、高约6cm的卷边，见图3

（图3）

　　2.材料与费用:吸管300根(7.38元),透明胶1卷(5元),胶水2瓶(18元)保鲜膜1卷(11元),合计41.38元。见图4

（图4）

　　3.制作过程:见图5-7

(1)将吸管摆放整齐

(2)吸管两两嵌入成更长的吸管

(3)用透明胶粘合这些长吸管

(4)将其修剪边缘成直径为36cm的圆形底盘,用保鲜膜包裹密封,再用透明胶固定

(5)用剪下的吸管制作成约6cm长的短吸管

(6)将短吸管在底盘的边缘垂直向上紧密排列,再用胶水粘合

(7)用透明胶将底盘与卷边进行二次固定

(8)给制成品上色,完成底盘制作

（图5）

（图6）

（图7）

三、测试载重量与下沉深度的关系:

观测方法：通过测量王莲中放置不同重量物品时的下沉深度，来观察载重与下沉深度两者之间的对应关系。研究从最轻的载重开始，之后每次都在前面物品的基础上，逐步增加物品的重量；即，前面所有的物品一直保留在王莲之内。每增加一次物品，就测量一次下沉的深度，直至王莲发生沉没现象。记录每次试验的物品种类、数量、总载重量与下沉深度，并填入下表。见图8-13

（图8）

（图9）

（图10）

（图11）

（图12）

（图13）

四、结果与结论:

1.结果:载重量与下沉深度柱状图

2.结论:

由上述柱状图可知,随着载重增加,其下降深度也增加,即排水量也增加。