浮力

浮力（英語：Buoyancy）指物体浸入液体后，与所受重力相反的竖直向上的力。在柱形流体中，压强随着深度增加而增大，因此柱形流体底部的压强大于上部的压强。类似地，在流体中，物体底部受到的压强大于其顶部受到的压强，这种压强差在物体上产生了一种向上的合力，即浮力。根据阿基米德浮体原理，浮力与排开液体的重力(或重量)是相等的。浮力的单位是牛顿（N）。

浮力現象的圖解

常用公式

在静止流体中，浮力有以下四种常见求法。

• 定义法：$F$_浮$=F$_下表$-F$_上表

由于浮力是各表面受流体压力的合力，左右两侧的压力由于深度相同而抵消，剩余上下两侧的压力差即为浮力。

• 称重法：$F$_浮$=G-F$

$G$为物体重力，$F$为物体完全浸没时弹簧测力计的示数。

• 阿基米德原理：$F$_浮$=G$_排$=\rho$_液$\cdot g\cdot V$_排

• 平衡法（二力平衡）：$F$_浮$=G$_物

物体在流体中漂浮或悬浮时，适用该方法。

物体的浮沉条件

圖片與表格符號说明：
$F$_浮：物体受到來自流体的浮力。即圖中$F$_A。
$G$_物：物体的重力(或重量)。即圖中$F$_p。
$\rho$_物：物体的密度。
$\rho$_流：流体的密度。

物体状态	$F$浮与$G$物的关系	$\rho$物与$\rho$流的关系
漂浮	$F$浮$=G$物	$\rho$物$<\rho$流
悬浮	$F$浮$=G$物	$\rho$物$=\rho$流
沉底	$F$浮$=G$物	$\rho$物$>\rho$流
上浮	$F$浮$>G$物	$\rho$物$<\rho$流
下沉	$F$浮$<G$物	$\rho$物$>\rho$流

註：
漂浮：物體浮在液面上，並且用手往下壓，放開之後物體仍會往上浮出液面。
懸浮：物體可浮在液體中任一位置。用手調整位置之後放開，位置會保持，並不會回復到之前的位置。
上浮：是一個動態過程，最終會達到漂浮這個結果。
下沉：是一個動態過程，最終會達到沉底這個結果。

延伸规律

• 物体漂浮时，浸入液体体积是物体体积的几分之几，物体的密度就是液体密度的几分之几。

证明：由二力平衡关系得

$F$_浮$=G$_物

$V$_排 $\cdot$ $\rho$_液 $\cdot$ $g$ = $V$_物 $\cdot$ $\rho$_物 $\cdot$ $g$

等式两边同时除以$V$_物 $\cdot$ $g$

$\rho$_物= $V$_排$/$$V$_物 $\cdot$ $\rho$_液

应用

潜艇

主条目：潜水艇

潜艇

所有在水面上的船只，包括在上浮之后的潜艇，它们所受的正浮力一定大于重力。所以如果要潜下去，潜艇必须得到更多的负浮力，也就是说潜艇或者将自身的重力大于其所受浮力，或者降低其排水量。而相对于排水量（排水的体积）的控制，对于重力的控制则完全可以通过装备一种叫做“沉浮箱”的水箱来控制。即通过控制沉浮箱中的注水情况来改变潜艇的重力。

密度计

简介

密度计是一种测量液体密度的仪器。它是根据物体浮在液体中所受的浮力等于重力(公式表达为$F$_浮$=G$)的原理制造与工作的。使用时将密度计竖直地放入待测的液体中，待密度计平稳后，从它的刻度处读出待测液体的密度。通常在实验室里测量密度大于水的液体所用的密度计叫做比重计。测量密度小于水的液体，所用的密度计叫做比轻計。

特点

• 上下刻度不均。

由物体的沉浮条件关系得，$F$_浮$=G=m\cdot g$①

由阿基米德原理得$F$_浮$=\rho$_液$\cdot g\cdot V$_排②

由①②两式得,$\rho$_液$\cdot g\cdot V$_排$=m\cdot g$

即$\rho =m/V$_排③

从③①式可看出，待测液体的密度与密度计排开液体的体积成反比。液体的密度越大，密度计排开液体的体积就越小。 由③式得，$h=m/S\rho$④ 从④式可以看出深度$h$与液体密度$\rho$成反比，根据反比例函数的性质，当密度$\rho$上升时，深度$h$并不等值下降，所以密度计刻度是不均匀的。

参考资料