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1 # 航空大學堂
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2 # 星羽
不只是水有浮力,任何一個固體浸沒在另外一種流體當中,都會受到“浮力”。
浮力:浸在液體(或氣體)裡的物體受到液體(或氣體)向上託的力。
浮力的方向:與重力方向相反,豎直向上。
浮力產生的原因:浸在液體或氣體裡的物體受到液體或氣體對物體向上的和向下的壓力差。
物體在液體中下表面受到的壓力大於物體在液體中上表面受到的壓力,所以合力為F向上-F向下,原因是液體內部向各個方向都有壓強,那麼物體上表面受到液體給它的一個向下的壓力,而物體下表面受到液體給它的一個向上的壓力。由於在同種液體中,深度越大,壓強越大,所以物體下表面受到的壓力很明顯要大於物體上表面受到的壓力,所以是F向上-F向下(理論推導)。
從阿基米德原理入手,我們可以推匯出物體的沉浮條件(即液體和物體的密度關係,檢視“概述”)。
當物體懸浮時,物體受力平衡,下面我們就來分析一下此時的情況。F是浮力,G是物體的重力,m1、m2分別是排開水質量和物體質量,ρ1、ρ2、V1、V2以此類推。
因此我們有(根據阿基米德原理得F=G排=m1g):
因此物體懸浮時兩者密度相等。
當物體漂浮時物體仍然受力平衡,但是注意到浸入水的體積比物體本身的體積小。我們有(Vi是物體浸入水中的體積(就是排開水的體積),V是物體本身的體積,ρ1、ρ2和上面的相同,mi是排開水的質量):
接著得到(根據阿基米德原理得F=G排=mig):
因此物體漂浮時液體密度比物體密度大。而其他情況下的都可以用類似的方法推出條件。
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3 # 甜甜向上精心創作
浮力產生的原因,在初中物理中是透過一個特例說明的。設想將一個正方體浸沒在液體中,上下底面與液麵平行。
因為液體內部向各個方向都有壓強,所以正方體的六個面都受到液體的壓強。由於液體的壓強隨深度的增加而增大,但在同一深度液體向各個方向的壓強相等。所以,正方體前後兩面和左右兩面受到的壓力彼此平衡,作用效果抵消。但下面受到的向上的壓力F向上大於上面受到的向下的壓力F向下,這些壓力總的效果,就表現為一個向上的壓力,就是浮力,則浮力F浮=F向上-F向下,所以,浮力是由液體對浸在它裡面的物體向上和向下的壓力差產生的。
浮力計算問題,是初中物理的重點和難點,相關問題千變萬化,方法也比較多,利用浮力產生的原因是計算浮力的方法之一,並且,在計算浮力時,需注意的問題之一就是要先判斷物體是否受到浮力,而判別方法就是浮力產生的原因,下面舉例說明。
例1.將一個邊長10cm的正方體物塊浸沒在某液體中,上下底面與液麵平行。上下底面受到液體的壓強分別是800Pa和1600Pa,求物塊受到的浮力。
解析:物塊上下底面的面積S=(10cm)²=100cm²=0.01m²
物塊受到的向下的壓力F向下=p上S=800Pa×0.01m²=8N
物塊受到的向上的壓力F向上=p下S=1600Pa×0.01m²=16N
物塊受到的浮力F浮=F向上-F向下=16N-8N=8N
例2.如圖所示在水箱的側壁和地面各有一個出水口,分別用體積是20cm³的塞子A、B堵住,水箱中加滿水後,塞子A、B浸入水中的體積分別為塞子體積的1/4和1/3,求塞子A、B受到的浮力。
解析:塞子A排開水的體積V排=1/4×20cm³=5cm³=5×10-6m³
塞子A受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×5×10-6m³=0.05N
塞子B的下面沒有水,沒有受到水向上的壓力,所以不受浮力。
下面有個問題,大家自己試一下。
如圖所示,高為50cm、上下底面面積都是40cm²、體積為3000cm³的均勻對稱石鼓,放在水槽中,下底面與水槽地面密合,上底面與水面平齊,求石鼓受到的浮力。
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浮力產生的原因:浸在液體或氣體裡的物體受到液體或氣體對物體向上的和向下的壓力差。物體在液體中下表面受到的壓力大於物體在液體中上表面受到的壓力,所以合力為F向上-F向下,原因是液體內部向各個方向都有壓強,那麼物體上表面受到液體給它的一個向下的壓力,而物體下表面受到液體給它的一個向上的壓力。由於在同種液體中,深度越大,壓強越大,所以物體下表面受到的壓力很明顯要大於物體上表面受到的壓力,所以是F向上-F向下。