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对物理情况的科学报告

在物理学中,浮力是一个术语,用来指流体可能施加的力来对抗物体的重量。由于上覆流体在流体柱中的重量,压力将随着深度的增加而增加。由于这个原因,一个流体或一个被浸没在流体中的物体,在该柱的顶部会经历较小的压力,而底部的柱会有更大的压力。这种压力差的结果是加速物体向上移动的东西,称为浮力。柱顶部和底部之间的压力差与其力的大小成正比。

阿基米德原理

根据叙利亚阿基米德(Archimedes)发明的这个原理,一个漂浮的物体取代了流体的重量。这只是浮体的原理。对于一般物体,无论是漂浮在流体中还是下沉在流体中,这一原理可以用如下的力来表述:一个物体,无论是完全浸没还是部分浸没,都会被一个等于物体所移动的流体重量的力推高。他认识到,被液体淹没的物体往往会把液体向上移动。他在洗澡的时候突然意识到了这一点,当他进入浴缸时,浴缸里的水位上升了。根据这一观察,他得出结论,物体的浮力相当于被物体移位的流体重量。因此,如果物体浸没在密度小于物体密度的流体中,它就会下沉。

一个物体只有在其密度低于流体或呈适当形状(如船的形状)时才会漂浮。因此,一个物体所置换的流体重量的大小等于它向上的浮力。

根据阿基米德原理

置换流体的重量=浮力

例子:

一个质量为0.5公斤、直径为22厘米的篮球漂浮在一个装有水的浴缸里。计算:

a) 浮力

b) 球所排出的水的体积

c) 球的平均密度

计算浮力时,应采用以下公式:

FB=毫克

(Mg=重量),其中M是质量,g是重力

=0.5 x 9.8=4.9牛顿

浮力等于置换流体的重量。计算被球置换的水的体积

浮力=排水的重量

置换水重量=水密度x排水量x g

所以,

排水量=浮力/(密度x重力)

=4.9/(1000 x 9.8)

=5.0 x 10-4立方米

为了计算球的密度,我们首先确定球的体积。可采用以下公式:

球体积=4/3πr(其中球的半径为0.11)

=5.58 x 10-三

为了得到密度,质量除以体积

0.5/5.58 X 10-三=89.6千克/米

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稳定性

如果一个浮动物体能够在一个小的位移时使自己回到平衡位置,那么这个物体被认为是稳定的。当漂浮物稍微向下推时,它往往会产生更大的浮力。这意味着物体具有垂直稳定性。浮式船舶在受到轻微的角位移时,可能会恢复其初始位置,表现出稳定性,偏离其初始位置,表现出不稳定性,或者保持其位置,而完全不移动以显示中立性。物体向上的浮力倾向于通过浮力中心作用。同样地,施加在物体上的重力也会通过物体的重心作用。
在这种逻辑中,如果重心在浮力中心以下,浮体将达到稳定。理想情况下,船舶的重心应垂直于其浮力中心。

另外,一艘船必须在其稳定性和浮力之间保持一种微妙的平衡,才能被认为是适航的。密度小、体积大的轻容器在水面上摆动。因此,它需要承受一定的重量才能保持稳定。

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大气的密度在很大程度上取决于它的高度。飞艇的浮力会随着飞艇上升到大气中而降低。这是因为周围空气的密度增加了。与之不同的是,潜水艇在浮力舱排出水时上升。这是因为即使质量减小,体积也保持不变。

可压缩物体和流体

由于浮力取决于体积,如果一个物体膨胀,它的浮力会增加;如果它被压缩,它的浮力就会下降。

如果一个物体的可压缩性恰好小于周围的流体,它的平衡将保持稳定。然而,如果物体的可压缩性比周围的流体大得多,那么它的平衡就不稳定了。因此,稍微向上的扰动会使它上升和膨胀,而稍微向下的扰动会使它下降和压缩。

潜水艇的上升和下沉是通过排出和装满大量海水的水箱来实现的。为了潜入水中,允许水流入打开的水箱。为了获得中性浮力,潜艇的密度需要与周围的水相同。这将使潜艇保持在所需深度。

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Fish提供了一个应用体积变化来引起浮力变化的例子。它们有一个充满气体的内部鱼鳔。当鱼需要上升或下降时,它会改变膀胱的体积

密度

密度小于周围流体的物体在完全浸没在流体中时,其浮力大于自身重量的浮力。因此,对象将漂浮并置换与自身相同的流体权重。物体一旦浸入液体中就会上升。这方面的一个例子就是一块浸在水中的木头。

与流体密度相同的物体,其浮力等于其重量。
它不会下沉,也不会漂浮,但仍会淹没在液体中。然而,一场骚乱可能会使它偏离它的位置。

密度比周围流体高的物体会下沉,因为它的浮力小于自身重量。这方面的一个例子是钢球浸入水中。

与许多固体和液体相比,空气的密度可以忽略不计。物体在空气中的重量与放在真空中时的重量几乎相同。因此,大多数物体的空气浮力常常被拒绝,因为它的误差并不重要。例外情况是低密度的对象,例如引出序号。

游泳运动员证明了浮力很大程度上取决于密度的原理。它们在咸水中游泳时比在淡水中游泳时受力更大。

冰山也是关于浮力的密度原理的一个很好的例子。水有一种反常的性质,当它接近冰点时,它的密度就会降低。一旦变成冰,它就会结冰。这就是冰山和冰块能够漂浮的原因。

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