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什么是浮力？起源，原則，公式

來(lái)源:教育資源網(wǎng) ? 發(fā)布時(shí)間:2021-02-27 08:00:38 ? 點(diǎn)擊:1133

浮力是使船只和海灘球漂浮在水面上的力量。術(shù)語(yǔ)浮力是指流體（液體或氣體）施加在部分或完全浸沒(méi)在流體中的物體上的向上力。浮力也解釋了為什么我們可以比陸地更容易地在水下提起物體。

關(guān)鍵提示：浮力

  • 浮力一詞是指流體施加在部分或完全浸沒(méi)在流體中的物體上的向上作用力。
  • 浮力來(lái)源于靜水壓力-靜態(tài)流體施加的壓力。
  • 阿基米德原理指出，浮力施加在部分或完全浸沒(méi)在流體中的物體上的力等于被物體移位的流體的重量。

尤里卡時(shí)刻：浮力的第一次觀察

根據(jù)羅馬建筑師Vitruvius的說(shuō)法，希臘數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家阿基米德在公元前3世紀(jì)首次發(fā)現(xiàn)浮力，同時(shí)對(duì)錫拉丘茲國(guó)王Hiero II給他提出的問(wèn)題感到困惑。希羅國(guó)王懷疑他的金冠是用花環(huán)制成的，實(shí)際上并不是由純金制成的，而是金和銀的混合物。

據(jù)稱(chēng)，阿基米德在洗澡時(shí)注意到他沉入浴缸的次數(shù)越多，流出的水就越多。他意識(shí)到這是他困境的答案，并在哭泣“Eureka！“（”我找到了！“）然后，他制作了兩個(gè)與冠部重量相同的物體-一個(gè)金和一個(gè)銀-并將每個(gè)物體放入裝有水的邊緣容器中。

阿基米德觀察到銀質(zhì)量導(dǎo)致更多的水從容器中流出，而不是金。接下來(lái)，他觀察到他的"黃金"**導(dǎo)致更多的水從容器中流出，而不是純金o他創(chuàng)造的主題，即使兩個(gè)冠的重量相同。因此，阿基米德證明他的王冠確實(shí)含有銀。

雖然這個(gè)故事說(shuō)明了浮力的原理，但它可能是一個(gè)傳說(shuō)。阿基米德從未自己寫(xiě)下這個(gè)故事。此外，實(shí)際上，如果確實(shí)將少量銀換成金，則排出的水量將太小而無(wú)法可靠地測(cè)量。

在發(fā)現(xiàn)浮力之前，人們認(rèn)為物體的形狀決定了它是否會(huì)漂浮。

浮力和靜水壓力

浮力來(lái)自靜水壓力的差異-靜態(tài)流體施加的壓力。放置在流體中較高的球?qū)⒈确胖迷谳^低位置的相同球承受更小的壓力。這是因?yàn)楫?dāng)流體更深時(shí)，球上有更多的流體，因此重量更大。

因此，物體頂部的壓力弱于底部的壓力?？梢允褂霉絝orce=Pressure x Area將壓力轉(zhuǎn)換為力。有一個(gè)凈力指向上。無(wú)論物體的形狀如何，這個(gè)凈力都指向上-是浮力。

靜水壓力由P=r g h給出，其中r是流體的密度，g是由于重力引起的加速度，h是流體內(nèi)部的深度。靜水壓力不取決于流體的形狀。

阿基米德原則

阿基米德原理指出施加在部分或完全浸沒(méi)在流體中的物體上的浮力等于被物體移位的流體的重量。

這由公式F=rgV表示，其中r是流體的密度，g是由于重力引起的加速度，V是i的流體體積被物體移位。V僅等于對(duì)象完全浸沒(méi)的體積。

浮力是一種向上的力，它與向下的重力相反。浮力的大小決定了物體在浸入流體中時(shí)是否會(huì)下沉，漂浮或上升。

  • 如果作用在其上的重力大于浮力，物體就會(huì)下沉。
  • 如果作用在其上的重力等于浮力，物體就會(huì)漂浮。
  • 如果作用在其上的重力小于浮力，物體就會(huì)上升。

也可以從公式中得出其他幾個(gè)觀察結(jié)果。

  • 具有相同體積的水下物體將置換相同量的流體并經(jīng)歷相同大小的浮力，即使物體由不同的材料制成。但是，這些物體的重量會(huì)有所不同，會(huì)漂浮，上升或下沉。
  • 密度比水低約800倍的空氣的浮力要比水小得多。

示例1：部分浸沒(méi)的立方體

將體積為2.0cm3的立方體浸入水中的中途。立方體經(jīng)歷的浮力是什么？

  • 我們知道F=rgV。
  • r=水密度=1000 kg/m3
  • g=重力加速度=9.8 m/s2
  • V=立方體體積的一半=1.0 cm3=1.0*10-6m3
  • 因此，F(xiàn)=1000 kg/m3*（9.8 m/s2）*10-6m3=.0098（kg*m）/s2=.0098牛頓。

示例2：完全浸沒(méi)的立方體

將體積為2.0cm3的立方體完全浸沒(méi)在水中。立方體經(jīng)歷的浮力是什么？

  • 我們知道F=r
  • r=水密度=1000 kg/m3
  • g=重力加速度=9.8 m/s2
  • V=立方體體積=2.0 cm3=2.0*10-6m3
  • 因此，F(xiàn)=1000 kg/m3*（9.8 m/s2）*2.0*10-6 m3=2.0196>2
  • g=2.0 cm2.0 cm3=2.0*10-10-6-6 m3（kg*m）/s2=.0196牛頓。

來(lái)源

  • 比略，大衛(wèi)?！笆聦?shí)還是小說(shuō)？：阿基米德創(chuàng)造了'尤里卡'一詞！“在洗澡里”。Scientific American，2006，https://www.scientificamerian.com/article/fact-or-fiction-archimede/。關(guān)于疫情健康知識(shí)
  • “密度，溫度和鹽度”。夏威夷大學(xué)，https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluiderth/physical/density-effects/density-temperature-and-salinity。
  • Rorres，Chris。“金冠：簡(jiǎn)介。”紐約州立大學(xué)，https://www.math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Crown/CrownIntro.html。

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