浮力

File:Buoyancy.svg

浮力现象的图解

浮力（英语：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）。

常用公式

在静止流体中，浮力有以下四种常见求法。

• 定义法：<math>F</math>_浮<math>=F</math>_下表<math>-F</math>_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：<math>F</math>_浮<math>=G-F</math>

<math>G</math>为物体重力，<math>F</math>为物体完全浸没时弹簧测力计的示数。

• 阿基米德原理：<math>F</math>_浮<math>=G</math>_排<math>=\rho</math>_液<math>\cdot g \cdot V</math>_排
• 平衡法（二力平衡）：<math>F</math>_浮<math>=G</math>_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

图片与表格符号说明：
<math>F</math>_浮：物体受到来自流体的浮力。即图中<math>F</math>_A。
<math>G</math>_物：物体的重力(或重量)。即图中<math>F</math>_p。
<math>\rho</math>_物：物体的密度。
<math>\rho</math>_流：流体的密度。

File:Principio di Archimede spinta e peso.png

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

注：
漂浮：物体浮在液面上，并且用手往下压，放开之后物体仍会往上浮出液面。
悬浮：物体可浮在液体中任一位置。用手调整位置之后放开，位置会保持，并不会回复到之前的位置。
上浮：是一个动态过程，最终会达到漂浮这个结果。
下沉：是一个动态过程，最终会达到沉底这个结果。

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

<math>F</math>_浮<math>=G</math>_物

<math>V</math>_排 <math>\cdot</math> <math>\rho</math>_液 <math>\cdot</math> <math>g</math> = <math>V</math>_物 <math>\cdot</math> <math>\rho</math>_物 <math>\cdot</math> <math>g</math>

等式两边同时除以<math>V</math>_物 <math>\cdot</math> <math>g</math>

<math>\rho</math>_物= <math>V</math>_排<math>/</math><math>V</math>_物 <math>\cdot</math> <math>\rho</math>_液

应用

潜艇

主条目：潜水艇

File:Virginia class submarine.jpg

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<math>F</math>_浮<math>=G</math>)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计。

特点

• 上下刻度不均。

由物体的沉浮条件关系得，<math>F</math>_浮<math>=G=m\cdot g </math>①

由阿基米德原理得<math>F</math>_浮<math>=\rho</math>_液<math>\cdot g\cdot V</math>_排②

由①②两式得,<math>\rho</math>_液<math>\cdot g \cdot V</math>_排<math>= m\cdot g</math>

即<math>\rho =m/V</math>_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，<math>h=m/S\rho</math>④ 从④式可以看出深度<math>h</math>与液体密度<math>\rho</math>成反比，根据反比例函数的性质，当密度<math>\rho</math>上升时，深度<math>h</math>并不等值下降，所以密度计刻度是不均匀的。