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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，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：完全浸沒的立方體

將體積為2.0cm3的立方體完全浸沒在水中。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?！敖鸸冢汉?jiǎn)介?！?em>紐約州立大學(xué)，https://www.math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Crown/CrownIntro.html。

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