浮力浮力當然與物質(zhì)密度有關 , 但并不完全取決于物質(zhì)密度 。比如鋼鐵造成的輪船 , 也能夠漂浮在水面上 , 而潛艇則既可以鉆入水中 , 又可以浮在水面上 。其實人也一樣 , 既可以潛泳 , 也可以仰泳 。
教科書對浮力的解釋是 , 浸在流體里的物體受到流體豎直向上的托力叫做浮力 , 因此 , 浮力是指在流體中 , 各方表面受到流體壓力的差 , 也就是合力 。再通俗地說 , 就是浮力大小等于該物體排開流體的重力 。
浮力原理是阿基米德在公元245年創(chuàng)立的 , 定義為:F浮=G排 , 即浮力F等于物體下沉靜止后排開液體的重力G 。計算的公式為F=ρgV , 這里的ρ表示密度;g為重力常數(shù) , 約為9.8N/kg;V表示排開液體的體積 , 單位為m^3 。
可能有些朋友對這些理論很難理解 , 再通俗地說 , 浮力的根源還是物質(zhì)密度 。鋼鐵的密度雖然比水大多了 , 但將一艘船的體積做大了 , 平均密度就遠遠小于水的密度了 , 這樣當然就能夠浮在水面了 。
比如碳鋼密度約為7.85g/cm^3 , 而水的密度只有1g/cm^3 , 這樣將一個碳鋼塊丟入水中 , 當然就“撲通”一聲沉底了 。但如果把1kg碳鋼做成1個立方米的密封箱子 , 其密度就變成0.001g/cm^3的密度了 , 比水輕了1000倍 , 還能不浮在水面?
而潛艇也是依據(jù)這種原理 , 通過將體積做大 , 密度就減小 , 才能浮在水面 。但為了潛入海洋 , 潛艇都設有壓水艙 , 只要在壓水艙中裝入海水 , 潛艇體積平均密度就變大 , 這樣就會下沉了 。壓水艙裝水多少 , 可以調(diào)節(jié)潛艇的深度 , 要上升就排水 。
魚兒的腹中有一個鰾 , 就是殺魚時看到肚子里的白色泡泡 , 里面可以盛裝氣體 , 氣體比水的密度小多了 , 魚兒就是依靠調(diào)節(jié)魚鰾里的氣體多少 , 改變整體體積的密度 , 從而實現(xiàn)水中上下浮動的 , 長期的進化讓它們能夠靈活的完成這種調(diào)節(jié) 。
而人之所以能夠在水中上下浮動 , 是由于人體的密度和水差不多 , 約在1.02g/cm^3 , 這樣只要稍微手腳劃動 , 就能夠上浮和下沉 。理論上 , 人在水中只要保持平靜不動 , 就可以將口鼻浮在水面保持呼吸 , 但未經(jīng)良好訓練很難做到這一點 。
浮力為啥可以檢驗物質(zhì)純度傳說阿基米德的浮力定理就是在一次被逼的實驗中找到的 。阿基米德是古希臘最偉大的哲學家、數(shù)學家、物理學家 , 甚至被譽為百科式的科學家 , 也就是幾乎什么都懂 , 什么都難不倒他 。
一次 , 國王要求工匠給自己打造了一頂純金王冠 , 做好后國王懷疑工匠私吞了黃金 , 這樣王冠就并非純金 。但稱一下重量又與工匠領走的黃金相同 , 因此如何斷定工匠是摻了假 , 難倒了所有大臣和國王 。
于是國王招來被人譽為萬能的阿基米德 , 要求他解決這個問題 , 否則就要受到處罰 。阿基米德一時也沒有辦法 , 朝思暮想 , 有一天他洗澡時進入澡盆 , 看到盆里的水溢了出來 , 由此欣喜若狂 , 衣服都沒穿就大叫著“找到了!找到了!”跑了出去 。
他在實驗室做了試驗后來到皇宮 , 在國王面前擺上了兩盆裝滿的水 , 然后他將王冠和一塊同樣重量的純金分別放入兩個盆中 , 盆里的水溢了出來 , 他把兩盆溢出的水都小心收集起來 , 進行稱重 , 發(fā)現(xiàn)放王冠的水盆要比放純金的水盆溢出的水更多 , 由此斷定王冠里面摻了假 。
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