浮力產(chǎn)生的原因有哪些

2024年2月16日發(fā)(作者：案例分析格式)

浮力產(chǎn)生的原因有哪些

浮力指物體在流體(包括液體和氣體)中，上下表面所受的壓力差。但是很多人都不知道浮力是如何產(chǎn)生的。下面店鋪給大家分析浮力產(chǎn)生的原因，希望能幫到大家。

浮力的發(fā)現(xiàn)

公元前245年，赫農(nóng)王命令阿基米德(Archimedes)鑒定一個皇冠。赫農(nóng)王給金匠一塊金子讓他做一頂純金的皇冠。做好的皇冠盡管與先前的金子一樣重，但國王還是懷疑金匠摻假了。他命令阿基米德鑒定皇冠是不是純金的，但是不允許破壞皇冠。 這似乎是件不可能的事情。[2]在公共浴室內(nèi)，阿基米德注意到他的胳膊浮到了水面上。這時他腦中閃現(xiàn)出一絲模糊的想法。他把胳膊完全放進(jìn)水中全身放松，這時胳膊又浮到水面上。

他站了起來，浴盆四周的水位下降;再坐下去時，浴盆中的水位又上升了。

他躺在浴盆中，水位則變得更高了，而他也感覺到自己變輕了。他站起來后，水位下降，他則感覺到自己重了。一定是水對身體產(chǎn)生向上的浮力才使得他感到自己輕了。

他把差不多一樣大的石塊和木塊同時放入浴盆，浸入水中。石塊下沉到水里，但是他能感覺到石塊變輕了。而且，他必須要向下按著木塊才能把它完全浸沒水中。這表明在下沉的情況下，浮力與物體的排水量(物體體積)有關(guān)，而不與物體重量有關(guān)。物體在水中感覺有多重一定與它的密度(物體單位體積的質(zhì)量)有關(guān)。

阿基米德因此找到了解決國王問題的方法，問題關(guān)鍵在于密度。如果皇冠里面含有其他金屬，它的密度會不相同，在重量相等的情況下，這個皇冠的體積是不同的。

把皇冠和等重的金子放進(jìn)水里，結(jié)果發(fā)現(xiàn)皇冠排出的水量比金子的大，這表明皇冠是摻假的。

最重要的是，阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力原理，即水對物體的浮力等于物體所排出水的重量。

浮力產(chǎn)生的原因

浸在液體中的物體，當(dāng)它所受的浮力大于重力時，物體上浮;當(dāng)它所受的浮力小于所受的重力時，物體下沉;當(dāng)它所受的浮力與所受的重力相等時，物體懸浮在液體中，或漂浮在液體表面上。

浮力的產(chǎn)生原因是因為物體下表面受到向上的壓力大于物體上表面受到的向下的壓力。

浮力的應(yīng)用

輪船

輪船能漂浮在水面的原理：鋼鐵制造的輪船，由于船體做成空心的，使它排開水的體積增大，受到的浮力增大，這時船受到的浮力等于自身的重力，所以能浮在水面上。它是利用物體漂浮在液面的條件F浮=G來工作的，只要船的重力不變，無論船在海里還是河里，它受到的浮力不變。(只是海水河水密度不同，輪船的吃水線不同)根據(jù)阿基米德原理，F(xiàn)浮=ρ液gV排，它在海里和河里浸入水中的體積不同.輪船的大小通常用它的排水量來表示。所謂排水量就是指輪船在滿載時排開水的質(zhì)量.輪船滿載時受到的浮力F浮=G排=m排g.而輪船是漂浮在液面上的，F(xiàn)浮=G船+G貨=m船g+m貨g，因此有m排=m船+m貨。

潛水艇

浸沒在水中的潛水艇排開水的體積，無論下潛多深，始終不變，所以潛水艇所受的浮力始終不變.潛水艇的上浮和下沉是靠壓縮空氣調(diào)節(jié)水艙里水的多少來控制自身的重力而實現(xiàn)的(改變自身重力：排水充水)。若要下沉，可充水，使F浮 G.在潛水艇浮出海面的過程中，因為排開水的體積減小，所以浮力逐漸減小，當(dāng)它在海面上行駛時，受到的浮力大小等于潛水艇的重力(漂浮)。

氣球和飛艇

氣球和飛艇里充的是密度小于空氣的氣體，熱氣球里充的是被燃燒器加熱、體積膨脹、密度變小了的熱空氣.F浮=ρ空氣gV,G球=ρ氣gV+G殼，當(dāng)F浮≥G球時，氣球或飛艇可升上天空。若要使充氦氣或氫氣的氣球或飛艇降回地面，可以放出球內(nèi)的一部分氣體，使氣球積

縮小，浮力減小，使浮力小于G球.對于熱氣球，只要停止加熱，熱空氣冷卻，氣球體積就會縮小，減小浮力，使浮力小于G球而降回地面。(同理，熱空氣的向上，冷空氣的向下，形成了對流：風(fēng))

浮力的推算公式

公式推算

假設(shè)有一正方體沉于水中，

F浮=ρgh2*S-ρgh1*S(可適用于完全或稍微浸沒在水中)

=ρgS*Δh

=ρ液gV排(通用)

=G排液

當(dāng)物體懸浮或漂浮時，F(xiàn) 浮=G物=m物g

說明

(1)h2為正方體下表面到水面距離，h1為正方體上表面到水面距離，Δh為正方體之高。

浮力

(2)“F浮=ρ液gV排=G排液”最重要。

F浮=ρ液gV排的公式推導(dǎo)：浮力=排開液體所受重力——F浮=G(物體所受重力)排液=m排液g =ρ液gV排所以有F浮+G=0

(3)給出沉浮條件(實心物體，如果是空心物體，則下面公式中的密度表示物體的平均密度，即物體的總質(zhì)量除以總體積得到的結(jié)果)

對于浸沒在液體中的物體

1.若F浮>G物，即ρ物<ρ液，物體上浮

2.若F浮ρ液，物體下沉

3.若F浮=G物，即ρ物=ρ液，物體懸浮

4.ρ物>ρ液， 沉底，G物=F浮+F杯底對物的支持力(三力平衡)

露排比公式

如果漂浮(這是重要前提)，則：ρ物∶ρ液=V排∶V物。

其中，V物=V排+V露

它的變式

1.(ρ液-ρ物)∶ρ液=V露∶V物

2. ρ物∶(ρ液-ρ物)=V排∶V露

證明：∵漂浮

∴F浮=G物，即ρ液gV排=ρ物gV物，即ρ液V排=ρ物V物，即ρ物∶ρ液=V排∶V物(交叉相乘)

四種公式

示重差法(稱重法)：F浮=G-F拉(空氣中重力減去彈簧測力計拉力)(用彈簧測力計)

公式法：F浮=G排=m排g=ρ液gV排

漂浮法：F浮=G物(又叫平衡法)

壓力差法：F浮=F向上-F向下[1](上下壓力差)

特例：當(dāng)物體和容器底部緊密接觸時，即物體下部沒有液體。此時物體沒有受到液體向上的壓力，即F浮=0