浮力定律

浮力定律

流體靜力學原理
浮力定律,是流體靜力學的一個重要原理,它指出,浸入靜止流體中的物體受到一個浮力,其大小等于該物體所排開的流體重量,方向垂直向上并通過所排開流體的形心。這結論是阿基米德首先提出的,故稱阿基米德原理。結論對部分浸入液體中的物體同樣是正确的。同一結論還可以推廣到氣體。
    中文名:浮力定律 外文名: 定義: 英文名:Archimedes principle 别名:阿基米德原理 提出者:阿基米德 應用學科:流體靜力學 适用領域:靜止液體、氣體等 适用範圍:經典牛頓力學 表達式:F=γV

定義

阿基米德定律(即浮力定律)指出:浸在液體裡的物體,受到向上的浮力,浮力的大小等于物體排開液體的重量。

曆史

相傳叙拉古赫農王讓工匠替他做了一頂純金的王冠。做好之後,國王想要檢驗這頂王冠是不是真的純金,這個問題難倒了國王和諸位大臣。經一大臣建議,國王請來阿基米德來檢驗皇冠。

最初阿基米德也不知道應該如何檢驗。直到有一天,他在家洗澡,當他坐進澡盆裡時,看到水往外溢,突然想到可以用測定固體在水中排水量的辦法,來确定金冠的體積。他興奮地跳出澡盆,連衣服都顧不得穿上就跑了出去,大聲喊着“尤裡卡!尤裡卡!”(epnka,意思是“找到了”。)

他經過了進一步的實驗以後,便來到了王宮,他将王冠和同等重量的純金放在盛滿水的兩個盆裡,結果發現放王冠的盆裡溢出來的水比另一盆多。這就說明王冠的體積比相同重量的純金的體積大,密度不相同,所以證明了王冠裡摻進了其他金屬。

這次試驗的意義遠遠大過查出金匠欺騙國王,阿基米德從中發現了浮力定律(阿基米德原理):物體在液體中所獲得的浮力,等于它所排出液體的重量。(即廣為人知的排水法)

适用範圍

阿基米德原理适用于全部或部分浸入靜止流體的物體,要求物體下表面必須與流體接觸。

如果物體的下表面并未全部同流體接觸,例如,被水浸沒的橋墩、插入海底的沉船、打入湖底的樁子等,在這類情況下,此時水的作用力并不等于原理中所規定的力。

如果水相對于物體有明顯的流動,此原理也不适用(見伯努利方程)。魚在水中遊動,由于周圍的水受到擾動,用阿基米德原理算出的力隻是部分值。這些情形要考慮流體動力學的效應。水翼船受到遠大于浮力的舉力就是動力學效應,所循規律與靜力學有所不同。

應用實例

氣球

阿基米德原理可用于解釋氣球的上升機理:充滿輕氣體的氣球的自重小于它所排開的空氣的重量(浮力)。

液體比重計

對部分浸入液體的比重計,它所受到的浮力:F=W=γV。

式中W為比重計的重量,V為浸入液體的體積;γ為液體的比重。若已知W和V,可确定比重γ

排水量

Vmax=m船/ρ水

由ρ=1,得Vmax=m船/1

簡寫:V=m

即體積常數等于質量常數。合稱排水量。

積雲對流

阿基米德靜浮力可使積雲對流得以發展,在穩定層結大氣中可以産生重力内波。

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