了解浮力：公式、示例和日常应用

您是否有过在游泳池游泳时感觉变轻的经历，或者从井里打水时水桶感觉变轻的经历？如果这样做，在这些事件期间就会出现浮力。在浮力作用下，当浸入水或任何液体源中时，物体会受到与重力方向相反的向下方向的力。

这就是为什么当这种情况发生时我们会经历体重减轻。另外，这可能就是无论重量如何，针都会下沉而塑料瓶会漂浮的原因。

好吧，在这篇阅读中，我们将探讨什么是浮力、它的图表、应用、目的、原因、类型以及如何获得浮力。您还将了解密度和相关密度以及为什么物体在水中漂浮或下沉

让我们开始吧！

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浮力或上推力是流体施加的向上的力，该力抵抗部分或完全浸没的物体的重量。也有人说它是导致物体漂浮的力。当浸没在静态流体中的物体相对两侧存在压力差时，就会产生浮力。

也称为浮力，因为浮力是由于浮力而产生的现象。在流体柱中，由于上层流体的重量，压力随着深度而增加。因此，液柱底部的压力大于液柱顶部的压力。

类似地，浸没在流体中的物体底部的压力大于物体顶部的压力。这种压力差会对物体产生向上的净力。

阿基米德原理还解释说，力的大小与压力差成正比，并且相当于流体的重量，否则会排开液体；力可以使物体保持漂浮。这就是为什么平均密度大于其所浸没的流体的物体容易下沉的原因。

但如果物体的密度小于流体，则力可以使物体保持漂浮。这种情况只会发生在具有引力场或由于重力以外的力而加速的非惯性参考系中。这定义了一个“向下”的方向。

浮力的单位是牛顿（N）

因此，浮力可以定义为当物体放入或浸没在流体中时，流体对物体或身体施加的向上的力。

物体的浮力中心是排开的流体体积的重心。它是物体上力的作用点或浮力的施加点。浮力是垂直的，因此浮力中心是位于被浸没的物体移动的液体的重心上的点。

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应用程序

浮力的应用非常广泛，因为它可以使物体漂浮在水中，这是我们人类离不开的。浮力用于潜艇和热气球；甚至鱼和游泳者也使用同样的原理。以下是浮力在现实世界中的一些应用。

• 热气球： 因为大气中含有空气，可以对任何物体施加浮力。充满热空气的气球会因浮力而漂浮，当气球的重量大于浮力时，气球就会下降。这是因为当重量等于浮力时，气球变得静止。
• 潜艇： 潜艇很好地利用了浮力原理。潜艇有一个大型压载舱，用于控制其距海面的位置和深度。在潜艇中，水被允许进入压载舱，使其重量大于浮力。
• 发货： 船舶之所以能浮在海面上，是因为船舶排出的水量足以使其重量等于船舶的重量。船舶被构造成中空形状，这使得船舶的整体密度小于海水。这就是为什么作用在船上的浮力足够大以支撑其重量。
• 鱼： 正如前面所说，某些鱼类和游泳者也利用阿基米德原理在水中上下移动。为了浮出水面，鱼的鱼鳔（气囊）充满气体。这些气体从自己的身体扩散到鳔，使自己的身体变轻，从而使鱼能够上升。

公式

浮力公式 （也称为阿基米德原理 ）是

浮力 (Fb)=ρ⋅V⋅g\text{浮力 (} F_b \text{)} =\rho \cdot V \cdot g

地点：

• FbF_b =浮力 （单位：牛顿，N）

• ρ\rho =流体密度 （单位：公斤/立方米）

• VV =排出液体的体积 （单位：立方米）

• gg =重力加速度 （约 9.81 m/s²）

示例：

如果物体位移0.5 m3 水 （密度=1000 kg/m3），浮力为：

Fb=1000⋅0.5⋅9.81=4905 NF_b =1000 \cdot 0.5 \cdot 9.81 =4905 \, \text{N}

这意味着水施加的向上力为 4905 牛顿 对象上。

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浮力的原因和例子

必须知道浮力是由物体浸入的流体所施加的压力引起的。而且，物体受到的浮力总是向上的。这是因为流体的压力随着深度的增加而增加。浮力的一些例子还包括：

• 一艘船或一艘漂浮在水中的船
• 浸入水中的软木塞最终会因浮力而漂浮。
• 游泳者是浮力的典型例子。
• 漂浮在水面上的船 - 船的重量由水面向上的浮力平衡。
• 天空中升起的热气球 - 气球内部的暖空气密度低于外部的冷空气，从而产生浮力。
• 漂浮在海洋中的冰山 - 冰的密度小于海水，因此它会漂浮。
• 仰面漂浮的游泳者 - 人体能够漂浮是因为肺部的空气和体内的脂肪，而脂肪的密度比水小。
• 一块木头漂浮在河里 - 木头的密度比水低，所以它会漂浮。
• 漂浮在浴缸中的橡皮鸭 - 鸭子由于其空心、轻质的设计而具有浮力。
• 救生衣使人漂浮在水面上 - 救生衣可以滞留空气并增加整体浮力。
• 漂浮在海水上的漏油 - 油的密度小于水，导致其漂浮。
• 氦气球在空中升起 - 氦气比空气轻，因此气球具有浮力。
• 鱼使用鱼鳔调节深度 - 鱼通过改变鱼鳔中的气体体积来控制浮力。
• 潜艇通过调节压载舱漂浮或潜水 - 潜艇利用舱内的空气和水调节浮力。
• 在海浪上漂浮的沙滩球 - 它充满空气并排出足够的水以保持漂浮。
• 一艘漂浮着重型集装箱的货船 - 尽管有负载，船体仍排出足够的水以保持浮力。
• 一个密封的空瓶子漂浮在湖中 - 里面的空气使其保持浮力。
• 熔岩灯的斑点上升和下降 - 浮力因蜡滴的加热和冷却而变化。
• 漂浮在水坑中的纸船 - 轻质纸结构可以排出足够的水以保持漂浮（暂时）。
• 节日期间漂浮的灯笼 - 内部的热空气使灯笼在周围凉爽的空气中漂浮。
• 扔进水池时会漂浮的塑料容器 - 该容器的密度比水小。
• 气泡上升到苏打水的表面 - 气泡比液体轻，因此浮力会将它们向上推。
• 漂浮在河流中的轮胎内胎 - 充满空气，它可以排出足够的水来支撑重量并漂浮。

浮力类型

以下是各种类型的浮力。浮力分为正浮力、负浮力和中性浮力三种。

当浸入的物体比排出的液体轻时，就会出现正浮力。这就是物体漂浮的原因。负浮力类型是指浸入的物体的密度大于排出的流体的密度，导致物体下沉。

最后，当浸入物体的重量等于排出的流体的重量时，就会出现中性浮力。以下是影响各种浮力的因素。

• 流体的密度。
• 排出的液体体积也会影响浮力。最后，
• 重力引起的局部加速度。

不影响浮力的因素包括，浸入物体的密度和浸入物体的质量也是一个因素。

密度和相对密度

要理解浮力的概念，必须正确理解密度和相对密度的概念。

材料的密度可以定义为每单位体积的质量。它是对物质堆积在一起的紧密程度的测量。其数值定义为：

密度，ρ=质量体积=MV

• 密度的 SI 单位使用千克每立方米 (kg/m3) 进行测量。
• 100°C 时密度为 0.9584 克/立方厘米。

物质的相对密度定义为该物质的密度与水在C下的密度之比。也称为物质的比重。
相对密度=物质的密度/4°C时水的密度

由于相对密度是相似量的比率，因此没有单位。

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为什么物体在水中会漂浮或下沉

当人们想象水由上覆层组成时，就可以考虑物体在水中漂浮或下沉的原因。这是一个相对于另一个具有不同压力的情况。液体底部的压力大于顶部的压力，这就是为什么我们会在某些层中沉入液体中。随着物体下沉，这些层往往会增加。

由于流体层中的压力差，在向上的方向上施加了一个合成力。该力导致已浸入水中的物体向上方向加速。力始终在垂直方向。

也就是说，也可以说，向上的力量的大小，基本上相当于最上面的压力差。最后一层也相当于被排开的流体的重量。

上述概念的结果就是我们所说的浮动。该物体的密度应小于水的密度；否则，较大的密度会导致物体下沉。

结论

浮力是流体施加的向上的力，该力抵抗浸没在其中的物体的重量。这一基本原理解释了为什么物体会漂浮或下沉，并在流体力学、造船、航空甚至天气系统中发挥着至关重要的作用。

根据阿基米德原理，浮力取决于排开液体的重量和物体的密度。了解浮力有助于设计浮动结构、预测流体行为以及解决现实世界的工程和科学问题。

浮力常见问题解答

什么是浮力？

浮力是流体（液体或气体）施加的向上的力，支撑浸没在其中的物体的重量。

什么决定物体是漂浮还是下沉？

如果物体的密度小于流体的密度，它就会漂浮；如果多了，就会下沉。

什么是阿基米德原理？

它指出水下物体所受的浮力等于其排开的液体的重量。

浮力也适用于气体吗？

是的，浮力适用于液体和气体，例如热气球如何在大气中上升。

浮力可以为负吗？

是的。当物体的重量超过浮力时，它就产生负浮力并下沉。

为什么钢铁制成的船会漂浮？

虽然钢材密度很大，但船舶设计成中空形状，可以排出足够的水，产生大于其重量的浮力。

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