浮力
海洋中巨大的冰山能在水上漂浮,游船、鸭子能在水面游弋。是什么力量 把它们托起来的?
冰山、游船、鸭子都受到重力的作用,但却没 有因此而沉入水底,这表明水对它们有一个向上托 起的力。浸在液体中的物体受到向上的力,这个力 叫做浮力(buoyancy force)。
漂浮在水面的物体(如木块、乒乓球)受到浮 力,这好理解;浸没①在水中的物体(如铁块)也 受到浮力吗?图10.1-1中,掉入水里的苹果会受到 浮力吗?
①“浸没”指物体完全处在液面下方。
从以上实验可以看到,铝块浸入水中时,弹簧 测力计的读数变小了,这说明浸入水中的铝块受到了浮力的作用。弹簧测力计读数减小的值,就是浮 力的大小。由此可见,浸没在液体中的物体也受到浮力的作用。
这是因为液体内部存在压强,而且深度不同, 其压强不同。如图10.1-3,我们研究浸没在液体中 的长方体,分析它受力的情况。长方体两个相对的侧面所受液体的压力相互平衡,对物体水平方向的受力没有影响。长方体上、下表面所处的深度分别记为h1、h2,h2 > h1,因此,液体对长方体下表面的压强要大于液体对上表面的压强。考虑到长方体上、 下表面的受力面积是相同的,所以,液体对长方体向上的压力F2大于液体对它向下的压力F1。浸没在液体中的物体,其上、下表面受到液体对它的压力不同,这就是浮力产生的原因。
决定浮力大小的因素
那么浮力的大小跟哪些因素有关?
1.木头在水中是漂浮的,但是铁块在水中会下沉。那么,是不是浮力的大小跟浸在液体中的固体的密度有关?
2.人在水中会下沉,但是在死海中却能漂浮于水面(图10.1-4)。那么,是不是浮力的大小跟液体的密度有关?
对于多因素(多变量)的问题,常常可以采用控制变量的办法,把多因素的问题变成多个单因素的问题,分别加以研究,最后再综合解决。
实验结果表明,物体在液体中所受浮力的大小,跟它浸在液体中的体积有关、跟液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大, 浮力就越大。