浸在流體內的物體受到流體豎直向上的作用力叫作浮力，與重力的方向相反。浮力指物體浸沒在流體（液體和氣體）中，各表面受流體壓力的差（流體對物體的作用力的合力）。公元前245年，阿基米德發現了浮力原理。浮力的定義式為F浮=G排（即物體所受的浮力等於物體處於穩定狀態下所排開液體的重力），計算可用它的推導公式F浮=G排=ρ液gV排（ρ液為液體的密度，單位為kg/m；g為常數，是重力與質量的比值，取g=9.8N/kg，粗略計算時可取10N/kg；V排表示排開液體的體積，單位為m）。同時，液體的浮力公式也適用於氣體（把ρ液換為ρ氣即可）,未做特殊說明時，浮力一般指物體浸沒在液體中所受到豎直向上的力。
基本介紹
中文名：浮力外文名：buoyancy別名：流體浮力表達式：F浮=G排提出者：阿基米德（Archimedes）提出時間：245年適用領域：力學、工程學等套用學科：物理學
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簡介物體在液體中所受浮力的大小，只跟它排開液體體積和液體的密度有關，與物體本身的密度、運動狀態、浸沒在液體中的深度等因素無關。在水中，比水密度大的物體會下沉，比如石頭、鐵塊；比水密度小的物體會上升，比如塑膠、木頭，在其他液體和氣體中也存在同樣的規律。例如木頭能在水中漂浮，輪船能在大海中航行都是浮力的貢獻。浮力來源於物體上表面和下表面的壓力差，方向和重力相反，可以簡單地這樣理解：重力要把所有想跑的物體拉回地面，而浮力是幫助物體離開地面。阿基米德雖然是偶然發現的這一定論，但是不是說鐵做的東西就永遠無法漂在水面上了呢?上面舉的例子都是實心的物體。如果把鐵塊做成一個空心的東西，就像生活中看到的輪船或者是鐵皮做的油箱，它們就可以浮在水面上。任何一個物體只要它在水中排開水的重量大於它自己的重量，它就能在水上漂浮。比如我們戴上救生圈就能浮在水中就是因為救生圈幫我們“排開”了更多的水。為了能夠飄在空中，我們就需要尋找比空氣更輕的東西。大家首先想到了氫氣，在以前，氫氣世界上已知密度最小的氣體，因此人們把氫氣充入氣球，就可以乘坐氣球在天空中飛行。但是氫氣是易燃易爆氣體，氫氣球一旦操作不慎就會爆炸，後來人們發現了另一種密度也比空氣小的氣體——氦氣。氦氣是惰性氣體，即使用火去點也點不著，所以人們逐漸用氦氣球和熱氣球取代氫氣球。除了充入比空氣密度小的氣體，還可以增大排開空氣的體積，比如熱氣球。大家所見到的熱氣球一般都有著相當巨大的球體，熱氣球點火升空時，氣體受熱膨脹密度降低，排開更多的空氣從而獲得更大的浮力，從而能夠載人在天空遨遊。氣體對物體的浮力實驗探究實驗探究：浮力的大小和哪些因素有關【提出問題】浮力的大小跟哪些因素有關。【猜想與假設】（1）浮力的大小可能跟物體浸在液體中的體積有關（2）浮力的大小可能跟液體的密度有關。（3）浮力的大小可能跟物體的密度有關。（4）浮力的大小可能跟 液體的深度有關。【設計實驗】取彈簧測力計、體積相同的鐵球和銅球、盛有相同體積鹽水和水的燒杯，利用稱重法測量不同情況下鐵球和銅球受到的浮力，來驗證猜想。【進行實驗與收集數據】（1）探究浮力的大小跟物體浸沒在液體中的深度的關係使用彈簧測力計測出鐵球的重力和完全浸沒在相同液體中的不同深度時的示數，並記錄數據。可以發現，彈簧測力計示數幾乎不變。實驗結論1：浮力的大小跟物體浸沒在液體中的深度無關。（2）探究浮力的大小跟物體浸在液體中的體積的關係使用彈簧測力計測出鐵球的重力和浸在相同液體中體積不同時的示數，並記錄數據。可以發現，彈簧測力計示數隨浸沒在液體中的體積改變而改變。實驗結論2：浮力的大小跟物體浸在液體中的體積有關。物體浸在液體中的體積越大，物體所受的浮力就越大。（3）探究浮力的大小跟液體的密度的關係使用彈簧測力計測出鐵球的重力和浸沒在密度不同的液體中時的示數，並記錄數據。（注意：實驗時要使鐵球浸沒的深度相同）可以發現，物體浸沒在密度不同的液體中，彈簧測力計示數不同。可得出以下實驗結論：浮力的大小跟液體的密度有關。液體的密度越大，物體所受浮力就越大。（4）探究浮力的大小跟物體的密度的關係使用彈簧測力計分別測出體積相同的銅球和鐵球的重力以及浸沒在水中時的示數，並記錄數據。（注意：實驗時要使銅球和鐵球浸沒的深度相同）可以發現，銅球和鐵球的拉力雖然不同，但F浮=G－F拉相同。可得出以下實驗結論：浮力的大小跟物體的密度無關。【實驗結論】物體在液體中所受的浮力的大小，只跟它浸在液體中的體積和液體的密度有關。物體浸在液體中的體積越大、液體的密度越大，物體所受的浮力就越大。【注意事項】（1）在探究過程中，應注意沿豎直方向拉彈簧測力計，且物體不能與容器底部或側壁相接觸。（2）讀數時，應等彈簧測力計示數穩定後再讀數。（3）實驗時燒杯內的液體體積要適中，應以能浸沒物體又不能溢出液體為準。（4）探究過程中，把物體浸入液體時要動作緩慢，以免濺出液體。【實驗思想方法】控制變數法：本實驗主要套用了控制變數法，保持其他因素不變的同時，改變其中一個因素研究影響大小；轉換法：通過彈簧測力計的示數的變化情況來反應物體所受浮力的變化情況；比較法：通過比較物體在不同條件下所受的浮力，從而分析得到影響浮力大小的因素；基本概念定義浸在流體內的物體會受到流體豎直向上的作用力叫作浮力。解釋浮力的方向：與重力方向相反，豎直向上。浮力產生的原因：浸在流體裡的物體受到流體對物體的壓力差。物體在液體中下表面受到的壓力大於物體在液體中上表面受到的壓力，所以合力為F向上-F向下，原因是液體內部向各個方向都有壓強，那么物體上表面受到液體給它的一個向下的壓力，而物體下表面受到液體給它的一個向上的壓力。由於在同種液體中，深度越大，壓強越大，所以物體下表面受到的壓力很明顯要大於物體上表面受到的壓力，所以是F向上-F向下（理論推導）。
浮心浮力的作用點稱為浮心。浮心顯然與所排開液體體積的形心重合。實物分析產生浮力的原因，可用浸沒在液體內的正立方體分析。該物體完全浸入液體，受到四面八方液體的壓力，而且隨深度的增加而增大。所以這個正立方體的前後、左右、上下六個面都受到液體的壓力。作用在左右兩個側面上的力由於兩側面相對應，而且面積大小相等，又處於液體中相同的深度，所以兩側面上受到的壓力大小相等，方向相反，兩力彼此平衡。同理，作用在前後兩個側面上的壓力也彼此平衡。但是上下兩個面因為在液體中的深度不相同，所以受到的壓強也不相等。上面的壓強小，下面受到的壓強大，下面受到向上的壓力大於上面受到的向下的壓力。液體對物體這個壓力差，就是液體對物體的浮力。這個力等於被物體所排開的液體的重力。總結當一個浮體的頂部無液體時，則只受作用在底部界面向上的壓力，即浮力。若物體底部與容器底面完全貼合，則該物體不受浮力，僅有容器內液體對物體頂部的壓力；這種現象並不多，因為只要其間有一層很薄的液膜，就能傳遞壓強，底面就有向上的壓力，物體上下表面有了壓力差，物體就受到浮力。水對物體的浮力產生原因物體上下表面由於處於液體(或氣體)的深度不同，受到液體(或氣體)的壓力也不等，下表面受到的向上的壓力大於上表面受到的向下的壓力，這兩個壓力之差形成了浮力。浮力的大小與物體排開的液體(或氣體)的多少相關。以浸在液體中的物體為例，由於液體會產生壓強，而且壓強隨深度增加而增大，且液體內部向各個方向都有壓強，因此物體下底面受到的液體向上的壓力較大，上底面受到的液體向下的壓力較小，物體上、下底面的壓力差即表現為豎直向上的浮力。側面所受到的壓力相互抵消。影響因素浮力與物體浸入液體中的體積和液體的密度有關。與物體在液體中的深度、物體的形狀、質量、密度、運動狀態等因素無關。定理推算推算假設有一實心正方體完全浸沒在水中，則F浮=F下表面－F上表面=ρ液gh下S－ρ液gh上S=ρ液gSΔh=ρ液gV排=m排g=G排，當物體懸浮在液體中且未受外力時，F浮=G物。說明：（1）S為該物體的底面積，h下為正方體下表面到水面距離，h上為正方體上表面到水面距離，Δh為正方體的高，即Δh=h下-h上。（2）其中“F浮=G排=ρ液gV排”最重要。根據阿基米德原理可知：物體所受浮力=物體排開液體所受的重力，即：F浮=G排=m排g =ρ液gV排（3）物體沉浮條件：ρ物＞ρ液，物體下沉 ，G物＞F浮ρ物＞ρ液，物體沉底 ，G物=F浮+F支（是下沉的最終穩定狀態）ρ物 =ρ液，物體懸浮 ，G物=F浮