物体的浮沉条件及应用
从受力分析到密度判据,彻底搞懂浮沉背后的物理逻辑
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物体的浮沉条件及应用
从受力分析到密度判据,彻底搞懂浮沉背后的物理逻辑
什么是浮力
把一个篮球按到水里,松手它'嗖'地弹上来——水似乎从下面把它托起来了。上一节我们用这股力的大小去判别浮沉,今天回到更基础的问题:浮力到底是什么?它从哪儿来?
越靠下的人用力越大,所有推力的合力就是向上的浮力
浮力产生的原因
液体对物体上下表面的压力差
浮力的方向
上一页我们说到,浮力来自液体对物体下表面和上表面的压力差。既然下表面深度大、所受压力大,那这个压力差的合力应该往哪个方向推呢?——答案是:竖直向上。
托力始终竖直向上,与书怎么放、什么形状无关
阿基米德原理
上页我们知道浮力方向向上、有大小。那浮力究竟多大?两千多年前阿基米德在浴缸里盯着溢出的水想出了答案——今天就来拆解这条原理。
溢出多少水,人就受多大的浮力——溢出水重 = 浮力
浮力的计算公式
把阿基米德原理用密度和重力公式展开,一步步推出浮力公式。
排开液体体积的理解
从物体放入液体开始,按浸入程度分三个分支,看V排如何随状态变化。
浮力计算三步法
浮力题千变万化,但解题套路就三步:先看状态,再找排开体积,最后代入公式。
排水量的定义
上页我们学了 V排——船浸入水里的体积。但工程师提到一艘船的'大小'时,常说的不是多少立方米,而是多少吨。这个'吨数',就是排水量。
秤直接读数;船通过'排开多少水'反推出自己的重量
排水量与浮力的关系
从左到右看因果链:浸入越深,排水越多,浮力越大。
浮沉状态的判断依据
上一页算出了浮力的大小。一个物体在水里到底会浮还是会沉,关键不在浮力本身有多大,而在它和重力谁占上风。
向上的浮力 vs 向下的重力,谁赢物体就往哪边运动
四种浮沉状态
从比较 F浮 与 G 出发,顺着分支判断物体属于哪种浮沉状态
漂浮与悬浮的区别
漂浮和悬浮听起来像,力学含义却完全不同——一个在表面,一个在内部。
- 部分浸在液面之上
- V排 < V物
- ρ物 < ρ液
- 静止于液面
- 全部浸没在液体内部
- V排 = V物
- ρ物 = ρ液
- 可停在液体任何深度
悬浮与沉底的过程
我们刚学会用重力G和浮力F浮的大小判断物体最终会漂、悬浮还是沉底。但鸡蛋扔进水里那一瞬间到停下来,中间到底经历了什么?这一页把整个过程拆开看。
浮力大→人浮上水面;浮力等→踩水悬浮;浮力小→沉到池底被托住
物体密度与液体密度的关系
前面看了物体浮沉的几种过程和状态,但判断方法其实极其简单——只要比较物体和液体的密度,结果立刻出来。
油浮在水面是因为密度比水小——密度小的物质会自然待在上面,跟物体浮沉是一回事
密度比较法的应用
密度比较法:只看 ρ物 与 ρ液 的大小,就能直接定状态。
密度与浮沉自测
实心铁块在水中下沉,但用相同钢铁制造的轮船却能漂浮在水面,为什么?
密度计的原理
上一节我们比较了物体与液体的密度大小来判断浮沉。现在反过来——已知物体的重力(不变),用它在不同液体中浸入的深浅,就能反推出液体密度,这就是密度计的原理。
同一个人重力不变,浸入越浅说明液体密度越大;密度计完全遵循同样规律
潜水艇的浮沉原理
潜水艇通过压载水舱进水或排水改变自身重力,与恒定浮力比较决定运动方向。图上三条路径分别对应下沉、上浮、悬浮。
轮船的浮沉原理
钢铁密度约 7.8 g/cm³,实心铁块扔进水里必然沉底。可万吨巨轮通体钢铁打造,却能稳稳漂在水上——秘密就藏在那看不见的「空」里。
气球皮(橡胶)密度远大于空气,但充满氢气后整体密度小于空气,所以飘起来
气球与飞艇的原理
上一页讲了潜水艇靠改变自身密度沉浮。那能不能反过来,让一个东西在空气里也'浮'起来?
本质相同——自身平均密度小于周围介质就上浮,水里叫浮起,空中叫升空
浮沉条件知识框架
建立浮力与浮沉条件的完整知识体系
课后思考
请先独立思考,再对照参考答案。
参考答案浮沉取决于平均密度而非材料密度。轮船做成空心后整体平均密度小于水,因此能浮。
参考答案海水中液体密度变大,浮力随之增大。要保持悬浮需排出部分压舱水增加自重,让重力等于新浮力。
参考答案不会。浮力等于排开气体的重力,高空空气稀薄密度小,排开相同体积产生的浮力反而减小。