浮力

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浮力現象的圖解

浮力英语:buoyancyupthrust),物理学名词。一般指物理体在流体(包括液体和气体)中,各表面受流体(液体和气体)压力的差(合力)。[a]浮力的单位牛顿N)。[1]

发现[编辑]

相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠。但是在做好后,[国王]疑心工匠做的金冠并非纯金制作,但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重。 经一大臣建议,国王请来阿基米德检验。最初,阿基米德也是冥思苦想而却无计可施。一天,他在家洗澡,当他坐进澡盆里时,看到水往外溢,同时感到身体被轻轻托起。他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法,来确定金冠的比重。[2] 他兴奋地跳出澡盆,连衣服都顾不得穿上就跑了出去,大声喊着“Eureka!Eureka!”[b]

他经过了进一步的实验以后,便来到了王宫,他把王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里,比较两盆溢出来的水,发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大,密度不相同,证明了王冠里掺进了白银

这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王,阿基米德从中发现了浮力定律(阿基米德原理):物体在液体中所获得的浮力,等于物体所排出液体的重量。

大小[编辑]

称重法测浮力
  • 定义法:下表上表
  • 称重法::[c]
  • 阿基米德原理:[1]
  • 平衡法[d]:[3]

物体的浮沉条件[编辑]

[4]

说明:设物体受到流体的浮力为,受到流体浮力的物体的重力为,受到流体浮力的物体的密度为,流体的密度为

图例 物体状态 的关系 的关系
Reserve buoyancy.svg 漂浮
Bubble Buoyancy.svg 悬浮
沉底
沉底
上浮
上浮
下沉
下沉

引申规律[编辑]

  • 物体浸入液体体积是物体体积的几分之几,物体的密度就是液体密度的几分之几。[4][e]用公式表示为:


证明:由二力平衡关系得,

等式两边同时除以得,[f]

应用[编辑]

潜艇[编辑]

潜艇

所有在水面上的船只,包括在上浮之后的潜艇,它们所受的正浮力一定大于重力。所以如果要潜下去,潜艇必须得到更多的负浮力,也就是说潜艇或者将自身的重力大于其所受浮力,或者降低其排水量。而相对于排水量(排水的体积)的控制,对于重力的控制则完全可以通过装备一种叫做“沉浮箱”的水箱来控制。即通过控制沉浮箱中的注水情况来改变潜艇的重力。

密度计[编辑]

简介[编辑]

密度计是一种测量液体密度的仪器。它是根据物体浮在液体中所受的浮力等于重力(公式表达为)的原理制造与工作的。使用时将密度计竖直地放入待测的液体中,待密度计平稳后,从它的刻度处读出待测液体的密度。通常在实验室里测量密度大于水的液体所用的密度计叫做比重计。测量密度小于水的液体,所用的密度计叫做比轻计。[5]

特点[编辑]

  • 上下刻度不均。
由物体的沉浮条件关系得,
阿基米德原理
由①②两式得,
[5]

从③①式可看出,待测液体的密度与密度计排开液体的体积成反比。液体的密度越大,密度计排开液体的体积就越小。[5] 由③式得,④ 从④式可以看出深度与液体密度成反比[5],根据反比例函数的性质,当密度上升时,深度并不等值下降,所以密度计刻度是不均匀的。

参考资料[编辑]

注释[编辑]

  1. ^ 也可以指浸没在流体(液体或气体)中的物体,受到流体对物体竖直托起的
  2. ^ Eureka,意思是“我发现了”,希腊语:ερηκα
  3. ^ 为物体重力,为弹簧测力计示数。
  4. ^ 二力平衡
  5. ^ 只适用于物体处于漂浮状态时
  6. ^ 是物体浸入液体的体积,是物体体积,是物体密度,是液体密度

资料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 物理. 北京: 人民教育出版社. 2014: 49. ISBN 9787107253232. 
  2. ^ Acott, Chris. The diving "Law-ers": A brief resume of their lives.. South Pacific Underwater Medicine Society journal. 1999, 29 (1) [2009-06-13]. ISSN 0813-1988. OCLC 16986801. .
  3. ^ 浮力及其应用(文档)
  4. ^ 4.0 4.1 物体的沉浮条件及其应用(文档).  引用错误:带有name属性“.E7.89.A9.E4.BD.93.E7.9A.84.E6.B2.89.E6.B5.AE.E6.9D.A1.E4.BB.B6.EF.BC.88.E6.96.87.E6.A1.A3.EF.BC.89”的<ref>标签用不同内容定义了多次
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 密度计的原理. 
 
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