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。根据阿基米德定律，浮力与排开液体的重力是等量的。浮力的单位是牛顿（N）。^[1]

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：${\displaystyle F}$ _浮${\displaystyle =F}$ _下表${\displaystyle -F}$ _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：${\displaystyle F}$ _浮${\displaystyle =G-F}$ 

${\displaystyle G}$ 为物体重力，${\displaystyle F}$ 为物体完全浸没时弹簧测力计的示数。

• 阿基米德原理：${\displaystyle F}$ _浮${\displaystyle =G}$ _排${\displaystyle =\rho }$ _液${\displaystyle \cdot g\cdot V}$ _排^[1]

• 平衡法（二力平衡）:${\displaystyle F}$ _浮${\displaystyle =G}$ _物^[2]

物体在流体中漂浮或悬浮时，适用该方法。

物体的浮沉条件

^[3]

说明：设物体受到流体的浮力为${\displaystyle F}$ _浮，受到流体浮力的物体的重力为${\displaystyle G}$ _物，受到流体浮力的物体的密度为${\displaystyle \rho }$ _物，流体的密度为${\displaystyle \rho }$ _流。

 

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

引申规律

• 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

${\displaystyle F}$ _浮${\displaystyle =G}$ _物

${\displaystyle V}$ _排 ${\displaystyle \cdot }$  ${\displaystyle \rho }$ _液 ${\displaystyle \cdot }$  ${\displaystyle g}$  = ${\displaystyle V}$ _物 ${\displaystyle \cdot }$  ${\displaystyle \rho }$ _物 ${\displaystyle \cdot }$  ${\displaystyle g}$ 

等式两边同时除以${\displaystyle V}$ _物 ${\displaystyle \cdot }$  ${\displaystyle g}$ 

${\displaystyle \rho }$ _物= ${\displaystyle V}$ _排${\displaystyle /}$ ${\displaystyle V}$ _物 ${\displaystyle \cdot }$  ${\displaystyle \rho }$ _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${\displaystyle F}$ _浮${\displaystyle =G}$ )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。

。^[4]

特点

• 上下刻度不均。

由物体的沉浮条件关系得，${\displaystyle F}$ _浮${\displaystyle =G=m\cdot g}$ ①

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

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

即${\displaystyle \rho =m/V}$ _排③^[4]

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。^[4] 由③式得，${\displaystyle h=m/S\rho }$ ④ 从④式可以看出深度${\displaystyle h}$ 与液体密度${\displaystyle \rho }$ 成反比^[4]，根据反比例函数的性质，当密度${\displaystyle \rho }$ 上升时，深度${\displaystyle h}$ 并不等值下降，所以密度计刻度是不均匀的。

参考资料

注释

资料

1. 义务教育教科书 物理 八年级下册. 北京: 人民教育出版社. 2012. ISBN 9787107253232. 
2. 浮力及其应用（文档）. [2015-08-13]. （原始内容于2020-12-04）. 
3. 物体的沉浮条件及其应用（文档）. [2015-08-13]. （原始内容于2021-08-03）. 
4. 密度计的原理. [2015-08-14]. （原始内容于2021-08-03）. 

维基共享资源中相關的多媒體資源： 1. Buoyancy