浮力定律(流体静力学原理)
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浮力定律
流体静力学原理
浮力定律,是流体静力学的一个重要原理,它指出,浸入静止流体中的物体受到一个浮力,其大小等于该物体所排开的流体重量,方向垂直向上并通过所排开流体的形心。这结论是阿基米德首先提出的,故称阿基米德原理。结论对部分浸入液体中的物体同样是正确的。同一结论还可以推广到气体。
中文名 | 浮力定律 |
英文名 | Archimedes principle |
别名 | 阿基米德原理 |
提出者 | 阿基米德 |
应用学科 | 流体静力学 |
适用领域 | 静止液体、气体等 |
适用范围 | 经典牛顿力学 |
表达式 | F=γV |
定义
阿基米德定律(即浮力定律)指出:浸在液体里的物体,受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体的重量。
历史
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相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠。做好之后,国王想要检验这顶王冠是不是真的纯金,这个问题难倒了国王和诸位大臣。经一大臣建议,国王请来阿基米德来检验皇冠。
最初阿基米德也不知道应该如何检验。直到有一天,他在家洗澡,当他坐进澡盆里时,看到水往外溢,突然想到可以用测定固体在水中排水量的办法,来确定金冠的体积。他兴奋地跳出澡盆,连衣服都顾不得穿上就跑了出去,大声喊着“尤里卡!尤里卡!”(epnka,意思是“找到了”。)
他经过了进一步的实验以后,便来到了王宫,他将王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里,结果发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大,密度不相同,所以证明了王冠里掺进了其他金属。
这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王,阿基米德从中发现了浮力定律(阿基米德原理):物体在液体中所获得的浮力,等于它所排出液体的重量。(即广为人知的排水法)
适用范围
阿基米德原理适用于全部或部分浸入静止流体的物体,要求物体下表面必须与流体接触。
如果物体的下表面并未全部同流体接触,例如,被水浸没的桥墩、插入海底的沉船、打入湖底的桩子等,在这类情况下,此时水的作用力并不等于原理中所规定的力。
如果水相对于物体有明显的流动,此原理也不适用(见伯努利方程)。鱼在水中游动,由于周围的水受到扰动,用阿基米德原理算出的力只是部分值。这些情形要考虑流体动力学的效应。水翼船受到远大于浮力的举力就是动力学效应,所循规律与静力学有所不同。
应用实例
气球
阿基米德原理可用于解释气球的上升机理:充满轻气体的气球的自重小于它所排开的空气的重量(浮力)。
液体比重计
对部分浸入液体的比重计,它所受到的浮力:F=W=γV。
式中W为比重计的重量,V为浸入液体的体积;γ为液体的比重。若已知W和V,可确定比重γ
排水量
Vmax=m船/ρ水
由ρ=1,得Vmax=m船/1
简写:V=m
即体积常数等于质量常数。合称排水量。
积云对流
阿基米德静浮力可使积云对流得以发展,在稳定层结大气中可以产生重力内波。
参考资料
1.气体浮力定律的微观解释 ·知网百科