浮力是作用方向與重力相反的力，所有物體在水中都會受到浮力的影響。物體被放入包括液體和氣體在內(nèi)的流體中時，它的重量會向下推壓流體，而向上的浮力則向上推動物體，抵消重力。一般而言，浮力可以使用公式

F_b = V_s × D × g

來進(jìn)行計算，其中F_b是作用于物體的浮力，V_s是物體浸入流體的體積，D是物體浸入的流體的密度，而g是重力。要學(xué)習(xí)如何確定物體的浮力，請從怎么計算浮力的方法1開始學(xué)起。

方法1方法1 的 2:使用浮力公式

1. 1算出物體浸入部分的體積

   。作用于物體的浮力與物體浸入的體積成正比。換而言之，固體物體浸入流體的體積越大，它受到的浮力就越強。這意味著即使是沉入液體的物體，也會受到一個向上的浮力。要著手計算作用于物體的浮力，一般要先確定物體浸入流體的體積。在浮力公式中，這一數(shù)值的單位應(yīng)為m。
2. 對于完全浸入流體的物體，浸入體積等于物體本身的體積。對于漂浮在流體表面到的物體，則只考慮流體表面以下的體積。
3. 例如，假設(shè)我們想算出漂浮在水面上的皮球所受到的浮力。如果球是一個直徑為1 m的完美球體，漂浮時正好有一半浸入水中，那么我們可以先計算整個皮球的體積，然后除以二，從而算出浸入部分的體積。由于球體的體積等于(4/3)π(radius)，我們可以算出(4/3)π(0.5) = 0.524 m。浸入部分的體積為0.524/2 =

   0.262 m

   。

4. 2測定流體的密度

   。要計算浮力，下一步我們需要測定物體浸入的流體的密度，密度值使用的單位是kg/m。密度是單位體積的物體重量或物質(zhì)重量。假設(shè)兩個物體體積相同，密度較高的物體重量會更重。一般來說，物體浸入的流體密度越大，浮力就越大。對于流體而言，要測定其密度，最簡單的方法是在參考資料中進(jìn)行查詢。
5. 本例中，皮球是在水上漂浮。翻查學(xué)習(xí)資料后，我們知道水的密度大約為

   1,000 kg/m

   。
6. 很多參考資料都列出了許多其他常見流體的密度，例如此網(wǎng)站。

7. 3計算重力或其他的向下作用力。

   無論物體是沉入流體中，還是漂浮于流體表面，它都會受到重力的作用。在現(xiàn)實世界中，這個恒定的向下作用力約等于

   9.81 N/kg

   。但是，如果還有離心力等其他力作用于流體和浸入其中的物體，則在確定整個系統(tǒng)受到的“向下”力時，也應(yīng)該將這些其他力納入考慮之中。
8. 本例中，如果面對的是普通的靜止系統(tǒng)，那么我們可以假設(shè)作用于流體和物體的向下力只有標(biāo)準(zhǔn)的重力，即

   9.81 N/kg

   。

9. 4用體積 × 密度 × 重力。

   當(dāng)你知道了以m為單位的體積值、以kg/m為單位的流體密度值，以及以N/kg為單位的重力值或系統(tǒng)受到的向下力的大小后，計算浮力就很簡單了。只需要將這3個數(shù)值相乘就能計算出以N為單位的浮力值。
10. 讓我們將數(shù)值代入到公式F_b = V_s × D × g中，來求出問題的答案。F_b = 0.262 m × 1,000 kg/m × 9.81 N/kg =

    2,570 N

    。計算過程中，其他單位會相互抵消，只剩下N。

11. 5比較物體受到的浮力和重力，看它是否會漂浮。

    浸入流體的物體會受到向上的推力，使之有可能浮到流體表面，使用浮力公式可以很容易地算出這種推力的大小。只需要再做一點點的額外計算，就能確定物體會浮出表面還是沉入底部。只要算出整個物體受到的浮力，即全部體積V_s浸入流體中時受到的浮力，然后使用公式G = (物體質(zhì)量)(9.81 m/s)算出向下作用的重力就可以了。如果浮力大于重力，那么物體就會漂浮。相反，如果重力較大，物體就會下沉。如果兩者相等，那么物體就會呈現(xiàn)出所謂的“浮力平衡”狀態(tài)。
12. 在水中浮力平衡的物體既不會漂浮于表面，也不會沉到底部。它會懸浮于流體的頂部和底部之間。
13. 例如，假設(shè)我們想知道重20 kg，直徑為0.75 m，高度為1.25 m的圓柱形木桶是否會漂浮在水中。計算怎么計算浮力的方法如下：
    • 我們可以使用圓柱形體積公式V = π(半徑)(高)計算出木桶的體積。V = π(.375)(1.25) =

      0.55 m

      。
    • 然后，假設(shè)重力和水的密度都是正常值，可以算出木桶的浮力。0.55 m × 1000 kg/m × 9.81 N/kg =

      5,395.5 N

      。
    • 現(xiàn)在，我們需要算出木桶的重力。G = (20 kg)(9.81 m/s) =

      196.2 N

      。它遠(yuǎn)小于浮力，所以木桶會漂浮。

14. 6當(dāng)流體為氣體時，使用相同的方法。

    解浮力問題時需要注意，物體浸入的流體不一定是液體。氣體也算作流體，盡管相比其他類型的物質(zhì)，它們的密度很小，但仍然能夠支撐特定物體的重量，使物體呈現(xiàn)出漂浮狀態(tài)。氦氣球就證明了這一點。由于氣球中氣體的密度小于周圍流體的密度，也就是周圍正?？諝獾拿芏龋瑲馇驎诳諝庵衅。V告

方法2方法2 的 2:做簡單的浮力實驗

1. 1將小碗或杯子放入較大的碗或杯子中。

   只要使用一些家庭用品，就能了解浮力的作用原理。在這個簡單的實驗中，我們會證明浸入的物體會受到浮力的作用，因為它會排開等于其浸入體積的流體。在這個過程中，我們還將通過這個實驗來實際演示如何計算物體的浮力。首先，將小碗或杯子這樣開放的小容器放入大碗或桶之類的較大容器中。

2. 2裝滿內(nèi)部容器。

   然后，在內(nèi)部的小容器中裝滿水。水平面應(yīng)該與容器頂部平齊，不要有多余的水灑出來。這一步一定要小心！如果水灑了出來，就將大容器清空，然后再次嘗試。
3. 就本實驗而言，可以放心地假設(shè)水的密度為標(biāo)準(zhǔn)密度1000 kg/m。除非你使用的是鹽水或完全不同的其他液體，否則大部分水的密度會接近參考值，即使有點小誤差，也不會影響到我們實驗的結(jié)果。
4. 使用滴管有助于精確調(diào)整容器內(nèi)的水平面高度。

5. 3將一個小物品浸入水中。

   然后，找一個能夠放入內(nèi)部容器且不溶于水的小物品。測定該物品的質(zhì)量，使用kg作為單位。你可以先用秤或天平測量出物品的克重，再將之轉(zhuǎn)化成千克質(zhì)量。然后，在不打濕手指的情況下，緩慢、勻速地將小物品浸入水中，直至它開始漂浮，或手指幾乎無法抓住它為止，然后放手。你會看到有水漫出內(nèi)部容器的邊緣，灑入外部容器中。
6. 就本實驗而言，假設(shè)我們將質(zhì)量為0.05 kg的玩具汽車放入內(nèi)部容器中。如下一步所示，要計算小汽車受到的浮力，我們無需知道它的體積。

7. 4收集灑出的水并測量其體積。

   物體浸入水中時，它會排開一部分的水，否則，水中就沒有任何空間來容納該物體。物體將水排開時，水也會對物體產(chǎn)生反作用力，從而形成浮力。將內(nèi)部容器灑出的水收集起來，倒入小量杯中。杯中水的體積就等于物體浸入的體積。
8. 換而言之，如果物體漂浮，則灑出的水的體積等于物體浸入水面以下的體積。如果物體下沉，則灑出的水的體積等于整個物體的體積。

9. 5計算灑出的水的重量。

   由于已知水的密度，且可以在量杯中測量出灑出的水的體積，所以你可以算出它的質(zhì)量。將體積轉(zhuǎn)化為以m為單位的體積值，你可以使用這個或其在線轉(zhuǎn)換工具，這一步中它們會非常實用。然后用體積乘以水的密度，即1,000 kg/m。
10. 在本例中，假設(shè)玩具汽車沉入內(nèi)部容器中，排開了大約兩湯匙的水，也就是0.00003 m的水。要計算水的質(zhì)量，我們可以用它乘以水的密度：1,000 kg/m × .00003 m =

    0.03 kg

    。

11. 6比較排開的水的質(zhì)量與物體的質(zhì)量。

    現(xiàn)在已知浸入水中的物體的質(zhì)量，以及它排開的水的質(zhì)量，比較一下，看哪一個更大。如果浸入內(nèi)部容器的物體的質(zhì)量大于它排開的水的質(zhì)量，那么物體就會下沉。反之，如果排開的水的質(zhì)量更大，那么物體就會漂浮。這就是浮力的作用原理，為了讓物體浮起或漂浮，它排開的水的質(zhì)量必須大于自身的質(zhì)量。
12. 因此，在各類物體中，質(zhì)量小但體積大的物體是最容易漂浮的。這一特性意味著中空的物體特別容易漂浮。例如獨木舟，它有很大的浮力，這是因為它的內(nèi)部是空的，所以在質(zhì)量不大的情況下，它能排開大量的水。如果獨木舟是實心的，它們的浮力就不會這么強了。
13. 在本例中，小汽車的質(zhì)量為0.05 kg，大于它排開的水的質(zhì)量0.03 kg。這與我們觀察到的情況一致：小汽車沉了下去。
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注意事項

使用每次讀數(shù)后可以歸零的秤或天平，有助于獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

廣告你需要準(zhǔn)備

小杯子或小碗

大碗或桶

橡皮球等可以浸入水中的物體

量杯

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