浮力

浮力（英语：Buoyancy）指物体浸入液体后，与所受重力相反的竖直向上的力。在柱形流体中，压强随着深度增加而增大，因此柱形流体底部的压强大于上部的压强。类似地，在流体中，物体底部受到的压强大于其顶部受到的压强，这种压强差在物体上产生了一种向上的合力，即浮力。根据阿基米德浮体原理，浮力与排开液体的重力(或重量)是相等的。浮力的单位是牛顿（N）。^[1]

浮力现象的图解

常用公式

在静止流体中，浮力有以下四种常见求法。

• 定义法：${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =F}$_下表${\displaystyle -F}$_上表

由于浮力是各表面受流体压力的合力，左右两侧的压力由于深度相同而抵消，剩余上下两侧的压力差即为浮力。

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

${\displaystyle G}$为物体重力，${\displaystyle F}$为物体完全浸没时弹簧测力计的示数。

• 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]

物体在流体中漂浮或悬浮时，适用该方法。

物体的浮沉条件

图片与表格符号说明^[3]：
${\displaystyle F}$_浮：物体受到来自流体的浮力。即图中${\displaystyle F}$_A。
${\displaystyle G}$_物：物体的重力(或重量)。即图中${\displaystyle F}$_p。
${\displaystyle \rho }$_物：物体的密度。
${\displaystyle \rho }$_流：流体的密度。

物体状态	${\displaystyle F}$浮与${\displaystyle G}$物的关系	${\displaystyle \rho }$物与${\displaystyle \rho }$流的关系
漂浮	${\displaystyle F}$浮${\displaystyle =G}$物	${\displaystyle \rho }$物${\displaystyle <\rho }$流
悬浮	${\displaystyle F}$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

注：
漂浮：物体浮在液面上，并且用手往下压，放开之后物体仍会往上浮出液面。
悬浮：物体可浮在液体中任一位置。用手调整位置之后放开，位置会保持，并不会回复到之前的位置。
上浮：是一个动态过程，最终会达到漂浮这个结果。
下沉：是一个动态过程，最终会达到沉底这个结果。

延伸规律

• 物体漂浮时，浸入液体体积是物体体积的几分之几，物体的密度就是液体密度的几分之几。

证明：由二力平衡关系得

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

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

等式两边同时除以${\displaystyle V}$_物 ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle g}$

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

应用

潜艇

主条目：潜水艇

潜艇

所有在水面上的船只，包括在上浮之后的潜艇，它们所受的正浮力一定大于重力。所以如果要潜下去，潜艇必须得到更多的负浮力，也就是说潜艇或者将自身的重力大于其所受浮力，或者降低其排水量。而相对于排水量（排水的体积）的控制，对于重力的控制则完全可以通过装备一种叫做“沉浮箱”的水箱来控制。即通过控制沉浮箱中的注水情况来改变潜艇的重力。

密度计

简介

密度计是一种测量液体密度的仪器。它是根据物体浮在液体中所受的浮力等于重力(公式表达为${\displaystyle F}$_浮${\displaystyle =G}$)的原理制造与工作的。使用时将密度计竖直地放入待测的液体中，待密度计平稳后，从它的刻度处读出待测液体的密度。通常在实验室里测量密度大于水的液体所用的密度计叫做比重计。测量密度小于水的液体，所用的密度计叫做比轻计^[4]。

特点

• 上下刻度不均。

由物体的沉浮条件关系得，${\displaystyle F}$_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①②两式得,${\displaystyle \rho }$_液${\displaystyle \cdot g\cdot V}$_排${\displaystyle =m\cdot g}$

即${\displaystyle \rho =m/V}$_排③^[4]

从③①式可看出，待测液体的密度与密度计排开液体的体积成反比。液体的密度越大，密度计排开液体的体积就越小。^[4] 由③式得，${\displaystyle h=m/S\rho }$④ 从④式可以看出深度${\displaystyle h}$与液体密度${\displaystyle \rho }$成反比^[4]，根据反比例函数的性质，当密度${\displaystyle \rho }$上升时，深度${\displaystyle h}$并不等值下降，所以密度计刻度是不均匀的。

参考资料

注释

资料

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]. （原始内容存档于2020-12-04）.
3. 物体的沉浮条件及其应用（文档）. [2015-08-13]. （原始内容存档于2021-08-03）.
4. 密度计的原理. [2015-08-14]. （原始内容存档于2021-08-03）.