浮力

浮力（英語：Buoyancy）指物體浸入液體後，與所受重力相反的豎直向上的力。在柱形流體中，壓強隨着深度增加而增大，因此柱形流體底部的壓強大於上部的壓強。類似地，在流體中，物體底部受到的壓強大於其頂部受到的壓強，這種壓強差在物體上產生了一種向上的淨力，即浮力。根據阿基米德浮體原理，浮力與排開液體的重力(或重量)是相等的。浮力的單位是牛頓（N）。^[1]

浮力現象的圖解

常用公式

在靜止流體中，浮力有以下四種常見求法。

• 定義法：${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =F}$_下表${\displaystyle -F}$_上表

由於浮力是各表面受流體壓力的淨力，左右兩側的壓力由於深度相同而抵消，剩餘上下兩側的壓力差即為浮力。

• 稱重法：${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =G-F}$

${\displaystyle G}$為物體重力，${\displaystyle F}$為物體完全浸沒時彈簧測力計的示數。

• 阿基米德原理：${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =G}$_排${\displaystyle =\rho }$_液${\displaystyle \cdot g\cdot V}$_排^[1]

• 平衡法（二力平衡）：${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =G}$_物^[2]

物體在流體中漂浮或懸浮時，適用該方法。

物體的浮沉條件

圖片與表格符號說明^[3]：
${\displaystyle F}$_浮：物體受到來自流體的浮力。即圖中${\displaystyle F}$_A。
${\displaystyle G}$_物：物體的重力(或重量)。即圖中${\displaystyle F}$_p。
${\displaystyle \rho }$_物：物體的密度。
${\displaystyle \rho }$_流：流體的密度。

物體狀態	${\displaystyle F}$浮與${\displaystyle G}$物的關係	${\displaystyle \rho }$物與${\displaystyle \rho }$流的關係
漂浮	${\displaystyle F}$浮${\displaystyle =G}$物	${\displaystyle \rho }$物${\displaystyle <\rho }$流
懸浮	${\displaystyle F}$浮${\displaystyle =G}$物	${\displaystyle \rho }$物${\displaystyle =\rho }$流
沉底	${\displaystyle F}$浮${\displaystyle =G}$物	${\displaystyle \rho }$物${\displaystyle >\rho }$流
上浮	${\displaystyle F}$浮${\displaystyle >G}$物	${\displaystyle \rho }$物${\displaystyle <\rho }$流
下沉	${\displaystyle F}$浮${\displaystyle <G}$物	${\displaystyle \rho }$物${\displaystyle >\rho }$流

註：
漂浮：物體浮在液面上，並且用手往下壓，放開之後物體仍會往上浮出液面。
懸浮：物體可浮在液體中任一位置。用手調整位置之後放開，位置會保持，並不會回復到之前的位置。
上浮：是一個動態過程，最終會達到漂浮這個結果。
下沉：是一個動態過程，最終會達到沉底這個結果。

延伸規律

• 物體漂浮時，浸入液體體積是物體體積的幾分之幾，物體的密度就是液體密度的幾分之幾。

證明：由二力平衡關係得

${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =G}$_物

${\displaystyle V}$_排 ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle \rho }$_液 ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle g}$ = ${\displaystyle V}$_物 ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle \rho }$_物 ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle g}$

等式兩邊同時除以${\displaystyle V}$_物 ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle g}$

${\displaystyle \rho }$_物= ${\displaystyle V}$_排${\displaystyle /}$${\displaystyle V}$_物 ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle \rho }$_液

應用

潛艇

主條目：潛水艇

潛艇

所有在水面上的船隻，包括在上浮之後的潛艇，它們所受的正浮力一定大於重力。所以如果要潛下去，潛艇必須得到更多的負浮力，也就是說潛艇或者將自身的重力大於其所受浮力，或者降低其排水量。而相對於排水量（排水的體積）的控制，對於重力的控制則完全可以通過裝備一種叫做「沉浮箱」的水箱來控制。即通過控制沉浮箱中的注水情況來改變潛艇的重力。

密度計

簡介

密度計是一種測量液體密度的儀器。它是根據物體浮在液體中所受的浮力等於重力(公式表達為${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =G}$)的原理製造與工作的。使用時將密度計豎直地放入待測的液體中，待密度計平穩後，從它的刻度處讀出待測液體的密度。通常在實驗室里測量密度大於水的液體所用的密度計叫做比重計。測量密度小於水的液體，所用的密度計叫做比輕計^[4]。

特點

• 上下刻度不均。

由物體的沉浮條件關係得，${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =G=m\cdot g}$①

由阿基米德原理得${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =\rho }$_液${\displaystyle \cdot g\cdot V}$_排②

由①②兩式得,${\displaystyle \rho }$_液${\displaystyle \cdot g\cdot V}$_排${\displaystyle =m\cdot g}$

即${\displaystyle \rho =m/V}$_排③^[4]

從③①式可看出，待測液體的密度與密度計排開液體的體積成反比。液體的密度越大，密度計排開液體的體積就越小。^[4] 由③式得，${\displaystyle h=m/S\rho }$④ 從④式可以看出深度${\displaystyle h}$與液體密度${\displaystyle \rho }$成反比^[4]，根據反比例函數的性質，當密度${\displaystyle \rho }$上升時，深度${\displaystyle h}$並不等值下降，所以密度計刻度是不均勻的。

參考資料

註釋

資料

1. 义务教育教科书 物理 八年级下册. 北京: 人民教育出版社. 2012. ISBN 9787107253232.
2. 浮力及其应用（文档）. [2015-08-13]. （原始內容存檔於2020-12-04）.
3. 物体的沉浮条件及其应用（文档）. [2015-08-13]. （原始內容存檔於2021-08-03）.
4. 密度计的原理. [2015-08-14]. （原始內容存檔於2021-08-03）.