浮力的所有问题
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发布时间：2022-04-22 08:50
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时间：2023-10-04 07:58
1、附着在水底的气泡为什么不上浮？
很多时候我们会看到一些气泡附着在水下的物体上不上浮，如果知道有关“粘滞性”的知识的话就不会感到奇怪了。超流体中不会出现有气泡不上浮的现象，但日常所见的水不是超流体，水是有粘滞性的，虽然水的粘滞性很小，一般情况下小于浮力。熬碗糨糊，就会看到更多的气泡不上浮现象的。小气泡不会上浮，是由于水分子与容器壁间具有一种相互吸附的力，这个力十分微小，浮力总是比它要大的！
加热的水中会产生气泡，是因为随着水温的升高，水对空气的溶解能力下降，饱和后多余的空气被析解出来并聚集形成气泡。在此过程中由于容器壁是粗糙的，气泡很容易首先被吸附在容器壁上，如果没有浮力作用这些气泡将会永远被吸附在同一位置上，直到气泡中的空气被再次溶解，显然通常情况下是不会有这么顽强的气泡的。你用透明的杯子盛一杯可乐，杯壁上会有很多气泡吧？放上两天，还有气泡么？因为压力减小而溢出的二氧化碳在敞口杯中是不可能被二次溶解的，它们上哪儿了？水的粘滞性和粗糙的容器壁的吸附力是能让小气泡暂时升不起来，但这并不证明它们没受浮力作用。只要时间足够长，浮力最终是会战胜其它力的效应，最终把气泡推上来的。
2、失重状态下还有浮力么？
失重状态有两种情况，一是完全失重，二是不完全失重。在地球表面附近，当物体有向下的加速度时，物体即处于失重状态，如果加速度小于自由落体加速度，则处于不完全失重状态，如果加速度等于自由落体加速度，则物体处于完全失重状态。
当液体和浸入在液体内部的物体处于完全失重状态的情况下，物体不受到浮力的作用；而处于不完全失重的状态下，浮力仍存在，但比通常情况下的浮力要减小一些。这是由于当液体不受重力时，其无法流动，且在无重力时流体内压强不再存在，而浮力产生原因为物体受到的上下表面压力差（前提是压强差），所以完全失重时物体将不再受到浮力。
3、同一物质间是否存在浮力作用？
没有其它物体的时候，只要有密度差，热水和冷水间也是有浮力作用的，否则热循环就是不可能的。热对流的产生就是由于热水密度比较小所以被冷水的浮力推上来了，虽然冷水和热水并不是两种物体。当然，热量除了对流之外还有扩散、辐射等多种传播方式，某些加热器位于上部的“热得快”能加热到底部的水是很正常的，水导热本来就是很快的。即使流体中没有其它物体，只要有密度差、有引力，就有浮力现象。接触当然是必要的，浮力不可能隔空传递。
4、位于容器底部的物体是否仍然受浮力作用？
有人说一个位于容器底面上的物体，并和容器底面密切接触，那它就只能受到向下作用于物体表面的液体压力下，所以这个物体不受浮力作用。
上面这段话并不是完全正确的，它成立需要两个条件： 物体的侧表面必须是竖直或向内倾斜的，不能向外倾斜； 物体的下表面必须在技术上保证与容器底紧密接触，不能有液体渗入其间。 沉在水底的物体实际上是受到三个力的作用：受的水的浮力，容 器对它的支持力，以及自身重力
这时受力情况：F浮+F支=G物
当然如果物体是在水底与容器接触的地方没有空气（真空）时，那么物体就没有受到水的浮力作用。
5、解释不同液体间的分层现象？
不同液体间的分层现象仍是浮力作用的结果，其根本原因是不同液体的密度不同（见前面的物体的浮沉条件），而不分层的混合液如果并没有相互溶解的话，可能就是它们的密度极其接近，这和水中气泡暂时不上浮的现象是类似的。静置一段时间，或者用离心机加速度强化重力效应，它们是能够被沉淀或分离出层次来的。
6、液体分层时，计算浮力的V排在哪里？
有的学生对于油漂浮在水面上的现象，认为油根本没有排开水，怎么会受到浮力呢？比如肉汤碗中水面上的一层油，它的V排是多少呢？
其实上面的问题中，由于容器的形状*，油排开的水根本不能通过溢出碗等方式显现出来，但并不是油没有排开水，只是我们没有看到。有下面两个方法将这个V排显示出来：1.将水倒在光滑的水泥地面上，水渍会有一定的面积，此时，在水渍*轻轻倒上一些油，你会发现在油的挤压下，水渍的分布面积扩大了，这表明油确实排开了水。2.取一个两端开口的U形管（连通器），放入一些水，在其中一个管口倒入油，你会发现这个管中的水面会下降一些，而另一个管中的水面相应地上升，这两个管中水面的高度差，再乘以管的截面积，就是油排开的水的体积。
7、液体能否浮起比其自身重力更大的物体？
有人根据阿基米德原理的表述认为液体不能浮起比其自身重力更大的物体，其实这是一个错误的推论，原因是原理中表述的是“浮力等于物体排开的液体受到的重力”，注意这里的关键是“排开”，通过巧妙设计，我们完全可以做到让“物体排开的液体的体积”大于“液体原来的总体积”（加引号是为了引起注意)。
例如：取一个圆柱形容器，再加工出一个直径比容器的内径稍小一点的圆柱形木块，让两个圆柱体等高，以利于观察。在容器中倒入很少量的水（关键是要使水的质量要远小于圆柱体木块质量），再将圆柱体木块放入容器中，你会发现水在圆柱体的四周上升起来，将木块浮起（效果就是木块比容器口高出一些来）。 一个底面积为12.56平方米,高2米的木质圆锥体，锥尖向下浸没于水下20米处。因为压力等于压强乘以面积,所以它上表面受到向下的压力大于下表面受到向上的压力，根据压力差推论，它会沉没水底。但阿基米德定律认为，它的物重小于它排出的水重，木锥会浮出水面。何况圆锥体是木头做的，而木头会浮出水面，这是自然现象的常识。
1、为什么压力差的推论与自然现象相反呢？
解答：1、不相反。水作用在圆锥侧面上的压力的方向是斜着的，真正起着浮力作用的是其中竖直向上的分量，而且随着深度加深此分量逐渐加大，通过积分式可知此时的压力差依然等于ρgV
2、圆锥体锥尖向下或向上，根据压力差计算的结果，它们受到的浮力是不相同的。但它们排出的水都一样重，根据阿基米德定律，它们受到的浮力应相等。为什么压力差和阿基米德定律得出的结论不一样？
解答：原理同1一样，只是因为圆锥体相反放置后，锥面上的压力积分式不同，导致其值变小，因此总的压力差仍然相等，等于ρ液gV排
3、物体受到的浮力大小与物体在水中的形状、形态有关吗？
解答：无关，只与其在水中排开的体积有关。但形状不规则时，浮力需写成积分式。
4、压力差能不能解释各种形状（包括不规则）物体在水中受到的浮力大小及其产生的原因。
解答：能，原理同3
5、如果压力差的适用只局限在个别、少数形状的物体。那么这个片面的推论能说明产生浮力的真正原因吗？
解答：在前面的1，2，3，4中已经说明了压力差并无局限性，因此第5问的提出的问题不成立。 把一个底面光滑的木块放进装有底阀的玻璃缸内。用手把木块按住，然后往水里放水，淹没木块后，又打开阀门把水放尽。这时候拿起木块，如果检查它的底面与缸接触部位没有水。就又重新放进缸里，再用手按住，放满水。松手后，我们惊牙地发现：木块会自动浮起。（也可以用一些辅助办法让木块的底面无水。比如在木块与缸底接触的四周糊上浆糊，防止进水。但不能增加木块上浮的外来阻力。因为气体的浮力性质与液体相同，所以也可以在空气里作类似实验）根据压力差推论：如果浸没在缸里的木块底面没有水，那么它就没有受到水向上的压力，只受到水向下的压力。
1、为什么实验结果与压力差结论自相矛盾？
2、实验中的木块在缸里排出了与它体积相等的水，根据阿基米德定律，它受到了浮力大小等于它排出的水重。为什么压力差却认为木块没有受到浮力呢？它们之间孰对孰错？
3、如果浸没在水里的木块底面没有水，而它依然受到了浮力。那么，这个浮力是怎样产生的呢？
解答：实验并没有保证木块底部是光滑的，也就是说，无法确保木块底部绝对不会进水，因此这个实验的结论是经不起推敲的。故1，2，3问均属于无效提问。 有甲、乙、丙三只相同质量、体积的模型铁船，用手给甲船施加压力，使之沉入水底。把乙船斜放入水，让其自然沉入水底，而丙船则浮在水面上。
1、从实验的结果来看：甲船排出的水最多，乙船排出的水最少。根据阿基米德定律我们知道：甲船受到的浮力最大，丙船次之，而乙船受到的浮力最小。虽然甲船和乙船排出的水重各异，但由于甲船和乙船都沉入水底，它们相同部位在同一水平面上，受到的压强相同。根据压力差计算，它们受到的浮力大小应相等。
①压力差和阿基米德定律应该是什么关系？
②它们之间的矛盾该如何解释？
2、根据书中浮力章节研究物体浮沉的实验得知：当物体排出的水重大于它的物重时，物体浮起。可甲船排出的水重也大于它的船重，为什么甲船却没有上浮呢？
3、丙船排出的水重大于乙船，受到的浮力也应比乙船大。但乙船和甲船同沉水底，根据压力差它们受到的浮力相等。而甲船排出的水重又大于丙，甲、乙、丙三船究竟谁受到的浮力最大？
解答：设甲乙丙三艘船均是完全一样的实心铁船，那么甲船在沉入水底后，船舱内进水，最终的排水量V排=V铁，乙船同理。所以题设中“虽然甲船和乙船排出的水重各异”一句完全是错的。 沉没在水底的物体，当它的重量小于排出的液重时，物体就会浮上来。物体浮上来，自然是因为受到了浮力，但浮力是怎样作用于物体而使它上浮的呢？压力差认为 ：物体四侧受到的压力平衡而相互抵消,只有底面受到向上的压力，上浮的动能理应由此获得。但我们要注意，这个向上的压力是由水的压强产生，而在同一水面，水向各个方向产生的压强相等。向上的压力如同支持力一样只对物体起支撑作用。并不能对物体作功而促使物体上浮。既然物体底面的压力不能产生物体上浮的动能，那浮力是怎样作用于物体而让它上浮的呢？
解答：物体上浮时，下方压力做正功，使动能增加，上方压力做负功，使动能减少，而且因为下方的压力大于上方的压力，所以正功大于负功，所以物体总动能增加。不规则物体的浮力[3]不规则物体即使其底面与容器底部完全接触，其不规则部分仍要受到相应的浮力（大小由阿基米德定律计算）。
