可愛的同學們!在游泳池裡面,你是否覺得自己好像變輕了?
在水中拿東西也比較容易,好像水「幫」了你的忙,怎會這樣呢?
這是因為物體在水中時,水給予物體一個向上的作用力,這個作用力稱為浮力。
而浮力與物體所受重力相反,所以物體就變輕了,
故「浮力」也等於物體在水中減輕的重量

那為什麼鐵塊與石頭均會沈入水中,但鐵做成的船卻可航行於大海中?
現在我們就來做一個簡單實驗,找出浮力的原理吧!

 

1.如下圖(a),金屬圓柱掛在彈簧秤下,記錄圓柱的重量。

2.如下圖(b),燒杯裝適量的水,將金屬圓柱浸入水中一半,將彈簧秤讀數記錄於下表。

3.如下圖(c),再將金屬圓柱完全浸入水中,但不可碰觸燒杯底部,將彈簧秤讀數記錄於下表。

4.在另一燒杯中配約500ml飽和食鹽水。

5.如下圖(d),再將金屬圓柱完全浸入鹽水中,但不可碰觸燒杯底部,將彈簧秤讀數記錄於下表。

                圓柱在空氣中的重量 =   3 0  gw,圓柱體積 = 1  0   cm3
     圓柱沒入液中情形 彈簧秤讀數(gw)     減輕重量(浮力)(gw)
圓柱浸入水中一半  25 5
圓柱完全浸入水中 20 10
完全浸入鹽水中 18 12

∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼實驗討論∼∼∼∼∼∼∼∼∼

1.金屬圓柱浸入水中一半與圓柱完全浸入水中所受浮力有何不同?

Ans:圓柱完全沒入水中所受的 浮力 是圓柱浸入水中一半的兩倍,

2.圓柱完全浸入水中和鹽水中,所受浮力大小有何不同?

Ans:圓柱完全沒入水中和鹽水中,所受浮力以鹽水較大,因為排開的液體體積相等時,鹽水的密度大,則在鹽水中所受的浮力就較大。

影響浮力的因素:
1﹒圓柱沒入水中或鹽水中都受有浮力。

2.圓柱浸入水中的體積愈大,重量就減輕愈多,也就是所受的浮力愈大,可
見浮力與物體沒入液體中的體積有關。

3.圓柱沒入水中與鹽水中的體積相等,但是圓柱在鹽水中所受的浮力較大。
因此浮力和所排開的液體密度有關。

4.當物體沒入液體中的體積相等時,密度愈大的液體,所給子物體的浮力
也愈大。

5.位於以色列東南邊境的死海,為一沒有出海口的內海,水中因含鹽量高
,人可以靜止浮於水面,而無沈沒之虞。

 
一、浮力:物體在水中時,水給予物體一個向上的作用力,
這個作用力稱為浮力。
二、浮力的因素:  1.物體沒入液體中的體積。  2.液體的密度

三、浮力的計算公式: 

 浮力 = 物體沒入液體的體積 X 液體密度

 B = V沒入液體部分 x D液體密度  

 浮力 = 物體沒入液體後所排開的液體重

四、當地球引力 = 浮力時,即達到兩力平衡,故船會浮在水上。

五、物體在水中會減輕重量,這是因為浮力會抵消部分物體的重量所致。
物體在空氣中重 - 浮力 =物體在水中重  W空氣 - B = W水中

六、物體在水中的浮沈:  

1.物體可浮在水上:                  D物體 < D。 

2.物體可停留在水中任一地點  D物體 = D。 

3.物體沈入水中:                        D物體 > D

七、人會沈入海水中,但是卻會浮在密度很大的死海上,因為

                                                        D人體 < D死海的水 

八、浮力不僅只存在液體,也存在氣體。例如,一般我們說汽球會飄上天空,其實應該說汽球在空氣上  

公式用背的會忘記!唯有以理解的方式才能永遠記得且能應用

想想看: 1.鐵塊放入水中就會下沈,但輪船的很多部分是由鋼鐵做成的,為什麼還能浮在水面上呢?

參考答案

答:鐵塊的密度大於水的密度,故會沈入水中,輪船雖然是由  鋼鐵做成的,但是其中是空心的,故沒入水中部份的密度   是船殼的鋼鐵和內部的空氣的平均,其相對密度就小於海  水,所以自然能浮在水上。但是若船觸礁,海水留入船艙   內,那平均密度自然大於海水,船就會下沈了。

2.體積相同的鋁塊和鐵塊一起沒入水中,何者所受到的浮力較大?

參考答案

答:體積相同的鋁塊和鐵塊一起沒入水中,它們所排開的水的體自然也是相同的,那所受的浮力自然也是相同的。  

浮力概念

1.物體浮在水面,是因為它是中空的。

2.物體浮在水面,是因為它所受的浮力大於它的重力。

3.水越多的話,物體在水中,浮出的體積越多。

4.物體浸在水中時,物體頂部所受水的下壓力等於其底部所受向上的壓力。

5.物體浸在水中時,物體頂部所受水向下的作用力和物體所受水的浮力剛好抵消。

6.熱氣球充滿空氣時會上升是利用熱空氣向上升的原理,和浮力無關。



  阿基米得浮力原理

物體在液體中所受的浮力 = 物體浸在液體中相同體積的液體重

 你只要 知道 各物理 公式或 定律 的道理,自然很容易記得!

如果光靠 死記! 太辛苦了!

物理 原來 就是要 瞭解/探索 自然界 運行的道理!

當我們依循 自然界 的法則做事時 會最有效率!

同樣的 我們若 順著其 本質去學習物理! 也會更有 效率!

水壓與浮力 

圖中有一桶水,

由於水靜止不動。

因此我們相信

水中各處皆處於 力平衡狀態

水的密度ρ,水的體積 = A× h

方塊區域內的水由於受重力作用

方塊區域內水的重量 w = ρA h g

g 為重力場強度,則

向下作用力 = P0×A + ρA h g

向上作用力 = P1×A

力平衡 作用力相等

P1×A = P0×A + ρA h g

方塊區域內的 水

水平面的截面積為 A

高度為 h

上下壓力 分別為 P0, P1

向上與向下作用力的差(合力大小) = 方塊區域內的水重

P1×A - P0×A = ρA h g (左右除以面積 A)

所以 壓力差 P1 - P0 = ρ g h

若是將剛才 方塊內區域內的水

改換為 其他物質。

則 由於水中 壓力 P0 與 P1並未改變

因此 向上與向下作用力的差

等於 方塊區域內水重

也就是此物質所受的 淨力

我們稱之為 該物質所受的 浮力

因此 物質在水中所受的浮力 等於 物質所排開等體積水重

原來區域是水時 ,作用力差 = 區域內的水重

若物質的密度 小於水 ,則 同體積物質比水輕,因此物質會浮起來

若物質的密度 大於水 ,則 同體積物質比水重,因此物質會沈下去

將水改為其他液體 ,則只要將 水的密度 改為 液體的密度!

因為 不論物質形狀為何,將該物質換為等體積液體時,

永遠維持 力平衡狀態,因此

物質在液體中所受的 浮力 = 物質所排開等體積液體重!

將物體浸在液體中的體積 改為相同體積的液體

則此體積內液體與四周的液體必然達成(靜力)平衡

四周液體對和物體同體積區域內的液體所施加的力

等於該體積內的液體重, 也就是物體所受的浮力.

想通了嗎!

若物體的重量大於相同體積的液體重(物體密度大於液體密度)

則物體所受浮力小於物體的重力, 故物體會下沉.

若物體的重量小於相同體積的液體重(物體密度小於液體密度)

則物體所受浮力大於物體的重力, 故物體會上升.

 

這樣的解說方式,是否更容易 記得阿機米得原理呢?

 

改編自作者:國立台灣師範大學 物理系 黃福坤