作者:Lance 時間:2022-08-30 來源:互聯網
浸在流體內的物體受到流體豎直向上的作用力叫作浮力,與重力的方向相反。浮力指物體浸沒在流體(液體和氣體)中,各表面受流體壓力的差(流體對物體的作用力的合力)。公元前245年,阿基米德發現了浮力原理。浮力的定義式為F浮=G排(即物體所受的浮力等于物體處于穩定狀態下所排開液體的重力),計算可用它的推導公式F浮=G排=ρ液gV排(ρ液為液體的密度,單位為kg/m3;g為常數,是重力與質量的比值,取g=9.8N/kg,粗略計算時可取10N/kg;V排表示排開液體的體積,單位為m3)。同時,液體的浮力公式也適用于氣體(把ρ液換為ρ氣即可),未做特殊說明時,浮力一般指物體浸沒在液體中所受到豎直向上的力。
應用領域
1.空心法
木頭漂浮于水面是因為木材的密度小于水的密度。把樹木挖成“空心”就成了獨木舟,自身重力變小,可承載較多人,獨木舟排開水的體積變大,增大了可利用的浮力,牙膏卷成一團,沉于水底,而“空心”的牙膏皮可浮在水面上,說明“空心”可調節浮力與重力的關系。利用“空心”增大排開液體的體積,從而增大浮力,使物體能漂浮在液面上。
2.輪船
輪船能漂浮在水面的原理:由鋼鐵制造的輪船,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物來工作的,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。(但海水與河水密度不同,則輪船的吃水線不同,根據阿基米德原理,F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浮=G船+G貨=m船g+m貨g,因此有m總=m船+m貨。
3.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節水艙里水的多少來控制自身的重力而實現的(改變自身重力:排水充水)。若要下沉,可充水,使F浮
4.氣球和飛艇(浮空器)
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氣gV排,G球=ρ氣gV排+G殼,當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,可以放出球內的一部分氣體,使氣球體積縮小,浮力隨之減小,使F浮
5.密度計
測量物體密度的儀器是密度計。密度計是利用阿基米德原理來工作的,用密度計測量液體的密度時,它受到的浮力總等于它的重力,由于密度計制作好后它的重力就確定了,所以它在不同液體中漂浮時所受到的浮力都相同,根據阿基米德原理可知:待測液體的密度越大,密度計浸入液體中的體積則越小(排開液體積*越小),露出部分的體積就越大;反之待測液體密度越小,密度計浸入液體中的體積則越大(排開液體積*越大),露出部分的體積就越小,所以密度計上的刻度值是“上小下大”。
6.鹽水選種
長得很飽滿的小麥種子,密度超過1.2×103kg/m3,而干癟的或被蟲子蛀壞了的種子的密度都比飽滿的種子的密度小得多。
用鹽和水配置成密度在1.16×103kg/m3~1.2×103kg/m3之間的鹽水,把小麥種子放進去,密度超過1.2×103kg/m3的飽滿種子因為受到的浮力小于它們所受的重力會沉在水底;密度小于鹽水密度的種子則會在鹽水中上浮。然后用漏網把上浮的種子撈出來,這樣種子就能很容易地被分開了。
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