浮力

浮力現象的圖解

浮力（英語：Buoyancy）指物體浸入液體後，與所受重力相反的豎直向上的力。在柱形流體中，壓力隨著深度增加而增大，因此柱形流體底部的壓力大於上部的壓力。類似地，在流體中，物體底部受到的壓力大於其頂部受到的壓力，這種壓力差在物體上產生了一種向上的淨力，即浮力。根據阿基米德浮體原理，浮力與排開液體的重力(或重量)是相等的。浮力的單位是牛頓（N）。

常用公式

在靜止流體中，浮力有以下四種常見求法。

• 定義法：$F$_浮$=F$_下表$-F$_上表

由於浮力是各表面受流體壓力的淨力，左右兩側的壓力由於深度相同而抵消，剩餘上下兩側的壓力差即為浮力。

• 稱重法：$F$_浮$=G-F$

$G$為物體重力，$F$為物體完全浸沒時彈簧測力計的示數。

• 阿基米德原理：$F$_浮$=G$_排$=\rho$_液$\cdot g\cdot V$_排

• 平衡法（二力平衡）：$F$_浮$=G$_物

物體在流體中漂浮或懸浮時，適用該方法。

物體的浮沉條件

圖片與表格符號說明：
$F$_浮：物體受到來自流體的浮力。即圖中$F$_A。
$G$_物：物體的重力(或重量)。即圖中$F$_p。
$\rho$_物：物體的密度。
$\rho$_流：流體的密度。

物體狀態	$F$浮與$G$物的關係	$\rho$物與$\rho$流的關係
漂浮	$F$浮$=G$物	$\rho$物$<\rho$流
懸浮	$F$浮$=G$物	$\rho$物$=\rho$流
沉底	$F$浮$=G$物	$\rho$物$>\rho$流
上浮	$F$浮$>G$物	$\rho$物$<\rho$流
下沉	$F$浮$<G$物	$\rho$物$>\rho$流

註：
漂浮：物體浮在液面上，並且用手往下壓，放開之後物體仍會往上浮出液面。
懸浮：物體可浮在液體中任一位置。用手調整位置之後放開，位置會保持，並不會回復到之前的位置。
上浮：是一個動態過程，最終會達到漂浮這個結果。
下沉：是一個動態過程，最終會達到沉底這個結果。

延伸規律

• 物體漂浮時，浸入液體體積是物體體積的幾分之幾，物體的密度就是液體密度的幾分之幾。

證明：由二力平衡關係得

$F$_浮$=G$_物

$V$_排 $\cdot$ $\rho$_液 $\cdot$ $g$ = $V$_物 $\cdot$ $\rho$_物 $\cdot$ $g$

等式兩邊同時除以$V$_物 $\cdot$ $g$

$\rho$_物= $V$_排$/$$V$_物 $\cdot$ $\rho$_液

應用

潛艇

主條目：潛水艇

潛艇

所有在水面上的船隻，包括在上浮之後的潛艇，它們所受的正浮力一定大於重力。所以如果要潛下去，潛艇必須得到更多的負浮力，也就是說潛艇或者將自身的重力大於其所受浮力，或者降低其排水量。而相對於排水量（排水的體積）的控制，對於重力的控制則完全可以通過裝備一種叫做「沉浮箱」的水箱來控制。即通過控制沉浮箱中的注水情況來改變潛艇的重力。

密度計

簡介

密度計是一種測量液體密度的儀器。它是根據物體浮在液體中所受的浮力等於重力(公式表達為$F$_浮$=G$)的原理製造與工作的。使用時將密度計豎直地放入待測的液體中，待密度計平穩後，從它的刻度處讀出待測液體的密度。通常在實驗室里測量密度大於水的液體所用的密度計叫做比重計。測量密度小於水的液體，所用的密度計叫做比輕計。

特點

• 上下刻度不均。

由物體的沉浮條件關係得，$F$_浮$=G=m\cdot g$①

由阿基米德原理得$F$_浮$=\rho$_液$\cdot g\cdot V$_排②

由①②兩式得,$\rho$_液$\cdot g\cdot V$_排$=m\cdot g$

即$\rho =m/V$_排③

從③①式可看出，待測液體的密度與密度計排開液體的體積成反比。液體的密度越大，密度計排開液體的體積就越小。 由③式得，$h=m/S\rho$④ 從④式可以看出深度$h$與液體密度$\rho$成反比，根據反比例函數的性質，當密度$\rho$上升時，深度$h$並不等值下降，所以密度計刻度是不均勻的。

參考資料

資料

Search Wikimedia Commons   維基共享資源中相關的多媒體資源： 1. Buoyancy