浮力产生的真正原因

发布 2019-06-25 00:29:40 阅读 9129

前面我们已经知道液体和气体对浸在其中的物体向上的托力叫浮力。那么浮力产生的原因是什么呢?

如图1所示:在玻璃圆筒的两端蒙上绷紧程度相同的橡皮膜,把它浸没在水中的某一位置,你可看到如图1所示的情景。

当玻璃圆筒水平放置时,两侧的橡皮膜凹陷的程度相同,说明水对在同一深度的橡皮膜的挤压程度相同;当玻璃圆筒竖直放置时,下边的橡皮膜凹陷的程度明显大于上面。由此可以说明,水越深橡皮膜被挤压得越显著。圆筒下面橡皮膜受到水给它的压力大于上面橡皮膜受到的水的压力,这两个力之间存在压力差。

这个压力差是怎样产生的呢?

如图2所示,容器中成有一定量的水,水由于受到重力作用,水往低处流,上面的水向下挤压下面的水,越到下面,它上面的水越厚,来自上面水的挤压作用越强,所以圆筒下表面受到的水的压力比上面水受到的水的压力大。由于水具有流动性,所以也会挤压它周边的容器或其他部分的液体,浸在液体或气体中的物体的侧面也会受到液体或气体给它的压力,所以两侧的橡皮膜也会凹陷。

如图3所示:一个正立方体的物体浸没在水中,它的六个面都浸没在水中,都要受到水给它的压力。前后左右由于所处水的深度相同,所受挤压程度相同,受到的压力相互平衡,合力为零;下表面受到的水的压力大于上表面受到的压力,它们的合力方向竖直向上。

这个合力就是浮力。即,周围液体压力的合力就是浮力。如果上表面受到向下的压力为f向下,下表面受到向上的压力为f向上,那么物体所受的浮力为f浮=f向上—f向下。

例:如图4所示,一个半球形物体浸没在水中,受到水向下的压力30n,半球受到水施加的浮力为80 n,则半球受到向上的压力为n。

分析把公式f浮=f向上—f向下变形可得f向上=f浮+f向下=80 n+30n=110n,即半球受到向上的压力为110n。

例2相同体积的蜡a和b,a粘在容器底,b粘在容器壁。然后将容器注满水,如图5所示。关于a、b所受浮力说法正确的是( )

a.a受到的浮力比b受到的浮力大 b。a、b所受浮力相等。

c.a、b都不受浮力 d。a不受浮力,b受浮力。

分析根据浮力产生原因,b上下表面都受水给它的压力,存在压力差。而a只受水对它向下的压力,不受水给它向上的压力所以a不受浮力,b受浮力。d选项正确。

说明只要存在压力差就会产生浮力。注意容器底面对a的支持力不同于水对a向上的压力。

例3如图所示:一个乒乓球放在一个无底的可乐瓶中,瓶中灌入水,球不会上浮。把可乐瓶慢慢放入盛水的大烧杯中时,乒乓球会上浮直至漂浮在水面上。这是为什么?

分析:在图a中,乒乓球上方受到水给它的压力,下面没有水,也就不会受到水给它的压力,乒乓球所受水的压力的合力是向下的,所以不受浮力。乒乓球不会浮起来。

把可乐瓶浸入水中后(如图b),当球下面受到的水的压力大于上表面水的压力时,它即受到浮力,当浮力大于球的自身重力时球上浮。

例4:当脚踩进烂泥地里的时候,为什么特别难拔?

分析:脚进烂泥地里的时候,下面没有水,不会受到水给脚的向上的压力,所以不受浮力,又因为脚还会受上面的水和大气的压力。所以会更难拔。

例5在太空的宇宙飞船上失重的太空舱(有空气)中,如果你把你手中的一个小球释放,它将会怎样?(停留在你面前而不落到底板上,因为你、球都不受重力作用)。如果你释放一个充满氦气的气球,这气球将。

a.亦然停留在你面前 b.顶压在顶板上 c.顶压在底板上答案是a。

分析:在没有重力的情况下,上面的液体不会挤压下面的液体,上面的空气也不会挤压下面的气体,液体和气体的分布是均匀的,各处挤压程度都相同,物体周围所受液体或气体的压力相等,则周围液体或气体对它的压力的合力为零。就是说在没有重力的环境中是没有浮力的。

在重力作用下的液体和气体在竖直方向分布不均匀,越往下挤压程度越甚,才可能产生浮力,重力是浮力产生的根源。

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