📌  相关文章
📜  浮力

📅  最后修改于: 2021-06-24 23:04:03             🧑  作者: Mango

浮力是由于浮力导致物体漂浮的现象。当您将物体放入液体中时，液体会在物体上施加向上的力，该力等于已被置换的液体的重量。被置换的液体量取决于浸没在液体中的物体的密度和体积。

您是否曾经想过为什么铁钉子会沉入水中，而铁制的船却会漂浮呢?为何铁球会下沉，而大小相同的塑料球却会漂浮在水中呢?这些奇迹是由于浮力现象而发生的。

浮力可以定义为施加在完全或部分浸没在液体中的物体上的向上力。浮力的单位是牛顿。

浮力取决于两个因素：

  1. 被物体排出的液体量(体积)
  2. 对象的密度。

在第一个示例中，铁钉的体积较小，置换的水量非常少，因此浮力(向上的力)下降了。而船的容积更大，则排泄了更多的水，因此，更大的浮力(向上的力)因水而漂浮。

在第二示例中，铁球比液体施加的浮力具有更大的密度，因此具有更大的重力(向下的力)，因此它下沉了。塑料球是空心的，密度很小，所以重力(向下的力)比液体施加的浮力(向上的力)要小，它会漂浮。

小船，潜水艇，救生艇，救生衣和游泳都是根据浮力原理进行的。

阿基米德原理

浮力的物理定律是由希腊数学家和发明家阿基米德给出的。阿基米德原理指出，浸没在流体中的物体上施加的向上浮力，无论是全部还是部分，都等于该物体驱替出的流体的重量。

在上面给出的图像中，流体产生的推力与重力相反，而实际重力减小，因此由下式给出：

表观重量=物体的重量(在空中)–推力(浮力)

阿基米德原理公式

阿基米德定律的数学公式为：

F b =ρxgx V

公式的推导

重新排列公式ρV后，驱替液的密度乘以驱替液的体积，我们知道质量，密度和体积的关系。

m =ρV

这意味着项ρV对应于被驱替流体的质量。

F b =ρxgx V

F b = mg，即，置换流体的质量乘以重力引起的加速度的大小即为置换流体的重量。

F b = W

用词表示上述方程式称为阿基米德原理。

假设要重新制定阿基米德原理

表观浸入重量=重量–置换液的重量

然后插入权重的商中，这已经由相互的体积进行了解释。

\frac{Density}{Density \ of \ fuild} = \frac{Weight}{Weight \ of \ displaced \ fluid}

相对于流体密度，可以计算出浸没物体的密度：

\frac{Density \ of \ object}{Density \ of \ fuild} = \frac{Weight}{Weight - Apparant \ immersed \ weight}

F b = PA = gρV =ρgh A-(i)

F b = Wa – Wf-(ii)

使用(l)和(ll)，

gρV = W a – W f ———-(iii)

如果物体没有下沉，则F g – F b

M g = gρV

关于阿基米德原理的样本问题

问题1.如果M为10000千克，则确定浸没物体的体积。

解决方案：

问题2.一块木头，长= 3.2 m，宽= 0.8 m，高= 0.6 m。水的密度为1000 kg / m3。如果将块放在水中，浮力是多少?重力加速度为10 N / kg。

解决方案：

问题3.空气中物体的重量为108N。物体放置在液体中。液体体积增加了1.8立方米。如果液体的比重为10 N / m3，则液体中物体的重量是多少?

解决方案：

问题4.物体在空气中的重量为12N，完全浸入水中时，重量仅为9N。被物体排出的液体的重量是多少?

解决方案：

问题5.物体的体积为50 cm 3 ，质量为20 g。水的密度为1 gcm -3。物体会漂浮在水上还是沉入水中?

解决方案：

如果浮动物体在小位移后趋向于恢复到平衡位置，则它是稳定的。例如，漂浮的物体通常具有垂直稳定性，就像将物体稍微向下推一样，这将产生更大的浮力，该浮力在重力作用下不平衡，将物体推回向上。

给定较小的角位移，船只可能会返回到其原始位置(稳定)，从其原始位置移开(不稳定)或保持在原位(中立)。旋转稳定性取决于物体上力的相对作用线。

物体上的向上浮力通过浮力中心(CB)起作用，是流体驱替体积的质心。物体上的重力通过其重心(CG)起作用。

如果重心在浮力中心以下，则浮力物体将是稳定的，因为任何角度位移都将产生“扶正力矩”。浮力对象在表面上的稳定性更加复杂，并且即使重心在浮力中心之上，也可以保持稳定，前提是当从平衡位置受到干扰时，浮力中心会进一步移至同一侧重心移动，从而提供正向扶正力矩。

什么是推力?

放置在流体中的任何物体都会受到称为“上推力”的向上力。该对象被向上推，因此命名为Upthrust。部分或完全浸没的物体在底面上的压力要大于在其顶面上的压力。该力称为推力。当我们在水体表面放置一些东西时，它会置换掉一些流体。上推力等于被物体排出的流体的重量。上推力的单位是牛顿。

由于上推是水所施加的力，并且由于身体的质量，另一种力也作用在身体上，这就是重力。重力作用于上推力的相反方向，上推力作用于垂直向上的方向，而重力作用于垂直向下的方向。

浮力类型

有三种类型的浮力：

1.正浮力：当物体的重量比其置换的流体轻时，称为正浮力。

例如，重量为(3000公斤)但排掉水(4500公斤)的船很容易漂浮

2.负浮力：当物体的重量大于它所置换的流体时，称为正浮力。

例如，一个铁钉可能重27克，但如果仅排出17克水，它就会下沉。

3.自然浮力：当物体的重量等于其排出的流体时。

例如，潜水艇可以通过在称为压载舱的特殊舱中添加或排出水来调节重量，这是自然浮力的一个例子。

浮力的应用

1.船的设计要使船的形状是空心的。由于是中空形状，因此密度变得小于海洋密度。船排出的水量等于船的重量，这有助于船漂浮。

2.鱼在水下保持漂浮状态。鱼有一个称为游泳膀胱的特殊器官，通常充满气体，从而使身体更轻。这可以使鱼上扬。

3.潜水艇在水中漂浮。

4.找到身体的体积。

5.保持游泳者在水体上方。

样本问题

问题1.一块木头，长= 3.2 m，宽= 0.8 m，高= 0.6 m。水的密度为1000 kg / m3。如果将块放在水中，浮力是多少?重力加速度为10 N / kg。

解决方案：

问题2.空气中物体的重量为108N。物体放置在液体中。液体体积增加了1.8立方米。如果液体的比重为10 N / m3，则液体中物体的重量是多少?

解决方案：

问题3.一块大理石砖在空气中的重量为285克。如果其密度为3.5 g / cc，则其在水中的重量是多少?

解决方案：

问题4.物体的体积为50 cm 3 ，质量为30 g。水的密度为1 gcm -3 。物体会漂浮在水上还是沉入水中?

回答：

问题5.物体的体积为20 cm 3 ，质量为10 g。水的密度为1 gcm -3。物体会漂浮在水上还是沉入水中?

解决方案：

问题6.物体在空气中的重量为15N，完全浸入水中时，重量仅为10N。被物体排出的液体的重量是多少?

解决方案：