浮力

阿基米德原理

阿基米德原理内容

浮力大小 = 排开液体的重力

$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}=m_{\mathrm{排}}g={\rho }_{\mathrm{液}}g{V}_{\mathrm{排}}$

浮沉条件

浮沉状态	受力关系	密度关系	状态
上浮	$F_{\mathrm{浮}}>G$	${\rho }_{\mathrm{液}}>{\rho }_{\mathrm{物}}$	非受力平衡
下沉	$F_{\mathrm{浮}}<G$	${\rho }_{\mathrm{液}}<{\rho }_{\mathrm{物}}$	非受力平衡
悬浮	$F_{\mathrm{浮}}=G$	${\rho }_{\mathrm{液}}={\rho }_{\mathrm{物}}$	可停在液面下任何位置
漂浮	$F_{\mathrm{浮}}=G$	${\rho }_{\mathrm{液}}>{\rho }_{\mathrm{物}}$	“上浮”的最终状态
沉底	$F_{\mathrm{浮}}<G$	${\rho }_{\mathrm{液}}<{\rho }_{\mathrm{物}}$	“下沉”的最终状态

来自 PhET 的在线仿真实验

浮力

访问 PhET 网站 查看所有在线仿真实验

在线实验

在本实验中，你可以通过调节滑块来改变物块的高度坐标 ($Y$)。观察当物块接触水面、部分浸入、以及完全浸入液体时，弹簧测力计读数 ($F$) 的实时变化。

实验观察提示

注意观察当物块底部 ($Y_{bottom}$) 穿过 $LiquidSurface$ 时，读数 $F$ 才开始减小。

实验控制台

调整物块高度 (Y):

物块状态: 空中 (未浸入)

物块高度 Y_top: 150 px

浸入深度 h: 0 px

弹簧测力计读数 (F):10.00 N

Liquid Surface

Base Level (Y=400)

Obj

实验原理

根据阿基米德原理：$F_{buy}=\rho \cdot g\cdot V_{dis}$

我们通过读数变化来感知浮力：$F=G_{obj}-F_{buy}$

$$F=\{\begin{array}{ll}{G}_{obj}& \text{if }{Y}_{bottom}\le \text{WaterLevel}\text{ (不浸入)}\\ G_{obj}-k\cdot (Y_{bottom}-\text{WaterLevel})& \text{if 部分浸入}\\ G_{obj}-k\cdot H_{obj}& \text{if }{Y}_{top}\ge \text{WaterLevel}\text{ (完全浸入)}\end{array}$$