《浮力的利用》 讲义

《浮力的利用》讲义
一、浮力的概念
当物体浸在液体或气体中时，液体或气体对物体向上和向下的压力差，就是浮力。

浮力的方向总是竖直向上的。

浮力产生的原因可以从压力差的角度来理解。

以物体浸没在液体中为例，物体上表面受到的液体压力向下，而下表面受到的液体压力向上。

由于下表面所处的深度更大，液体压强也就更大，所以下表面受到的压力大于上表面受到的压力，这两个压力的差值就是浮力。

二、浮力的大小
浮力的大小可以通过阿基米德原理来计算。

阿基米德原理指出：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。

其数学表达式为：F 浮＝ G 排＝ρ 液 gV 排。

其中，ρ 液表示液体的密度，V 排表示物体排开液体的体积，g 是重力加速度，通常取
98N/kg 。

例如，一个铁块完全浸没在水中，铁块的体积为 100cm³，则铁块排开水的体积也为 100cm³，即 00001m³。

水的密度为 1000kg/m³，根据阿基米德原理，铁块受到的浮力 F 浮＝ 1000kg/m³ × 98N/kg ×00001m³＝ 098N 。

三、浮力的利用
（一）轮船
轮船是利用浮力来工作的典型例子。

轮船采用了“空心”的办法，增
大了可以排开液体的体积，从而增大了浮力。

轮船的大小通常用排水量来表示。

排水量是指轮船满载时排开水的
质量。

例如，一艘轮船的排水量为 10000 吨，意味着它满载时排开水
的质量为 10000 吨。

根据阿基米德原理，轮船满载时受到的浮力 F 浮＝ G 排＝ m 排 g 。

所以，这艘轮船满载时受到的浮力为 10000×1000kg×98N/kg ＝
98×10^7N 。

（二）潜水艇
潜水艇的工作原理则有所不同。

潜水艇通过改变自身的重力来实现
上浮和下潜。

潜水艇有多个蓄水舱。

当潜水艇要下潜时，向蓄水舱中注水，使潜
水艇的重力增大，当重力大于浮力时，潜水艇就会下沉；当潜水艇要
上浮时，用压缩空气将蓄水舱中的水排出，使潜水艇的重力减小，当
重力小于浮力时，潜水艇就会上浮。

（三）气球和飞艇
气球和飞艇是利用空气的浮力升空的。

它们内部充有密度小于空气
的气体，如氢气、氦气等。

气球和飞艇受到的浮力 F 浮＝ρ 空气 gV 排。

当它们受到的浮力大于自身的重力时，就能够升空。

然而，使用氢气存在一定的危险性，因为氢气易燃易爆。

相比之下，氦气是一种更安全的选择，但成本相对较高。

（四）密度计
密度计是测量液体密度的仪器。

它也是利用浮力来工作的。

密度计在不同液体中总是漂浮的，所受浮力都等于其自身重力。

由
于浮力不变，根据阿基米德原理，液体密度越大，密度计排开液体的
体积越小，所以密度计的刻度是上小下大。

四、浮力在生活中的其他应用
浮力在生活中还有许多其他的应用。

比如，在渔业中，鱼鳔就是鱼
利用浮力来调节自身在水中的深度的器官。

当鱼需要上浮时，它会向
鱼鳔中充气，使鱼的体积增大，受到的浮力增大；当鱼需要下潜时，
它会排出鱼鳔中的气体，使鱼的体积减小，受到的浮力减小。

此外，在游泳时，人们通过调整身体的姿势和动作，来改变排开水
的体积，从而获得不同的浮力，实现上浮、下潜和在水中保持平衡。

五、浮力利用的注意事项
在利用浮力的过程中，需要注意一些问题。

例如，在设计轮船和潜
水艇时，要充分考虑材料的强度和密封性，以确保安全。

对于气球和
飞艇，要严格控制充气气体的纯度和使用环境，避免发生危险。

同时，在计算浮力相关问题时，要准确分析物体的受力情况，选择合适的公式和方法进行计算。

总之，浮力的利用为人类的生产和生活带来了极大的便利，通过对浮力原理的深入理解和不断创新，我们能够更好地利用浮力为社会的发展做出更多的贡献。