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水的浮力和潛水員的穩(wěn)性、水的浮力
（一）浮力的概念
把一塊木板放入水中，它會(huì)浮在水面，用彈餐秤稱一個(gè)浸在水里的物體，其重量比在空氣中稱的重量
輕。這些事實(shí)說(shuō)明浸在液體中的物體會(huì)受到一個(gè)向上的力。這種方向向上的托力，稱為液體的浮力。
浮力是怎樣產(chǎn)生的呢？
我們將一個(gè)正方體放入盛水的容器中，見(jiàn)圖21設(shè)A、 B兩
面平行于水面。A 面到水面的深度為h。B 面到水面的深度為 ho。
從中可以看出側(cè)面 C和D，E和F處于同一深度，故彼此受到
的靜水壓力大小相等，方向相反，互相抵消。但A 面和B面則不
C
B
同，根據(jù) 2-1 式可知，B面壓強(qiáng)大于 A面壓強(qiáng)。即：
Pgh2> pgh,
E
設(shè)A、B面的面積分別為 s，顯然B面的壓力一定大于 A面
式中：D一物體受到的浮力，N
8一重力加速度，N/kg
p一液體的密度，kg/m3
V一物體排開(kāi)液體的體積，
m
對(duì)于純水，如果口的單位用KN，g取9.8Nkg，則2-3式可簡(jiǎn)化為
D=9.8V(kN)
(2-4)
（三）物體的沉浮
一塊鋼板放入水中會(huì)沉到水底，但是用鋼板制造的船卻可漂浮在水面。為什么會(huì)有這種現(xiàn)象呢，原來(lái)，
沒(méi)在水中的物體除受到向下的重力 W外，還受到向上的浮力 D，見(jiàn)圖2-2。物體的沉浮是由D和 W共同
作用的結(jié)果。
當(dāng) W=D時(shí)，合力DW=0，此時(shí)物體可以在液體內(nèi)部任何位置平衡。我
們把物體的這種狀態(tài)叫懸浮狀態(tài)（也叫中性狀態(tài))。
當(dāng) D>W 時(shí)，合力 D-W>0，方向向上，物體會(huì)溧浮在水面，我們把物體
D
的這種狀態(tài)叫漂浮狀態(tài)（也叫正浮力狀態(tài)）。
當(dāng) D-W 時(shí)，合力 W-D>0，方向向下，物體會(huì)沉到水底，我們把物體的
這種狀態(tài)叫下沉狀態(tài)（也叫負(fù)浮力狀態(tài))。
W
顯然，在水中的物體只能處于這三種狀態(tài)中的一種。我們調(diào)節(jié)D和W
的大小。可以改變物體的沉浮狀態(tài)（簡(jiǎn)稱為浮態(tài))。
圖 2-2 水中物體受力圖
對(duì)物體的浮態(tài)進(jìn)一步分析，實(shí)際上決定物體匯浮的因素是物體和液體各自的平均密度。當(dāng)物體的平均
密度等于液體的密度時(shí)，星懸浮狀態(tài)，當(dāng)物體的平均密度小于液體的密度時(shí)，呈漂浮狀態(tài)：反之，星下沉狀態(tài)。
例22 欲把一個(gè)邊長(zhǎng)為 15cm 的正方體鋼塊(密度 p=7.8kg /cm’>從水底打撈出水，至少需多大的力？
解：鋼塊在水中分別受到向上的浮力 D 和向下的重力 w，打撈所需的力是它們間的合力。
D=9.8V=9.8x0.15°=0.033(kN) =33 (N)
W=gpV=9.8x78×0.15°=0.258(kN)=258(N)
W-D=258-33=225(N)
?至少需 225N 的力才能將鐵塊打撈出水面。
（四）潛水員的沉浮原理
潛水員在水中的沉浮和一般物體在水中單純的沉浮有所不同。一般物體在水中的浮態(tài)完全取決于物體
所受到的浮力和自重的差值，這個(gè)差值是固定不變的，故只能處于三種浮態(tài)中的一種。
一般物體的沉浮可
以稱做重力沉浮。潛水員和魚(yú)類(lèi)在水中的沉浮相類(lèi)似。
我們知道魚(yú)類(lèi)在水中的沉浮，一方面通過(guò)腹內(nèi)的鰾，
改變自身的排水體積，從而改變浮力和自重的差值，達(dá)到沉浮目的，這屬于重力沅浮。另一方面，運(yùn)用尾
和鰭的推力達(dá)到潛游和浮游的目的，這種沉浮稱做動(dòng)力沉浮。
潛水員在水中的匯浮，一種是重力沉浮，一種是動(dòng)力沉浮。重潛水屬于重力沅浮，重潛水運(yùn)用了壓重
物（如壓鉛），結(jié)合調(diào)節(jié)潛水服內(nèi)的空氣墊，使重力和浮力的差值可以在較大范國(guó)內(nèi)任意調(diào)整，達(dá)到沉浮
目的。
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