浮力()指物体浸入液体后,与所受重力相反的竖直向上的力。在柱形流体中,压强随着深度增加而增大,因此柱形流体底部的压强大于上部的压强。类似地,在流体中,物体底部受到的压强大于其顶部受到的压强,这种压强差在物体上产生了一种向上的合力,即浮力。根据阿基米德浮体原理,浮力与排开液体的重力(或重量)是相等的。浮力的单位是牛顿(N)。
常用公式
在静止流体中,浮力有以下四种常见求法。
*定义法:F浮=F下表-F上表
:由于浮力是各表面受流体压力的合力,左右两侧的压力由于深度相同而抵消,剩余上下两侧的压力差即为浮力。
*称重法:F浮=G-F
:G为物体重力,F为物体完全浸没时弹簧测力计的示数。
*阿基米德原理:F浮=G排=\rho液\cdot g \cdot V排
:物体在流体中漂浮或悬浮时,适用该方法。
物体的浮沉条件
圖片與表格符號说明:
F浮:物体受到來自流体的浮力。即圖中FA。
G物:物体的重力(或重量)。即圖中Fp。
\rho物:物体的密度。
\rho流:流体的密度。
註:
漂浮:物體浮在液面上,並且用手往下壓,放開之後物體仍會往上浮出液面。
懸浮:物體可浮在液體中任一位置。用手調整位置之後放開,位置會保持,並不會回復到之前的位置。
上浮:是一個動態過程,最終會達到漂浮這個結果。
下沉:是一個動態過程,最終會達到沉底這個結果。
延伸规律
*物体漂浮时,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。
:证明:由二力平衡关系得
::F浮=G物
::V排 \cdot \rho液 \cdot g = V物 \cdot \rho物 \cdot g
:等式两边同时除以V物 \cdot g
:: \rho物= V排/V物 \cdot \rho液
应用
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
简介
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F浮=G)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計。
特点
*上下刻度不均。
::由物体的沉浮条件关系得,F浮=G=m\cdot g ①
::由阿基米德原理得F浮=\rho液\cdot g\cdot V排②
::由①②两式得,\rho液\cdot g \cdot V排= m\cdot g
:: 即\rho =m/V排③
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。
由③式得,h=m/S\rho④
从④式可以看出深度h与液体密度\rho成反比,根据反比例函数的性质,当密度\rho上升时,深度h并不等值下降,所以密度计刻度是不均匀的。
参考资料
注释
资料
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