阿基米德定律

阿基米德定律

流體靜力學術語
流體靜力學的一個重要原理,它指出,浸入靜止流體中的物體受到一個浮力,其大小等于該物體所排開的流體重量,方向豎直向上并通過所排開流體的形心。這結論是阿基米德首先提出的,故稱阿基米德原理。結論對部分浸入液體中的物體同樣是正确的。同一結論還可以推廣到氣體。[1]
  • 中文名:阿基米德定律
  • 外文名:Archimedes principle 
  • 别名:阿基米德原理 
  • 表達式:F=γV
  • 提出者:阿基米德 
  • 适用領域:靜止液體、氣體等
  • 類型:物理
  • 應用學科:流體靜力學 

定義

浸入靜止流體(氣體或液體)中的物體受到一個浮力,其大小等于該物體所排開的流體重量,方向豎直向上并通過所排開流體的形心,即F浮=G液排=m液排g=gV排ρ液(V排表述物體排開液體的體積)   

曆史

阿基米德發現的浮力原理,奠定了流體靜力學的基礎。傳說希倫王召見阿基米德,讓他鑒定純金王冠是否摻假。他冥思苦想多日,在跨進澡盆洗澡時,從看見水面上升得到啟示,作出了關于浮體問題的重大發現,并通過王冠排出的水量解決了國王的疑問。在著名的《論浮體》一書中,他按照各種固體的形狀和比重的變化來确定其浮于水中的位置,并且詳細闡述和總結了後來聞名于世的阿基米德原理:放在液體中的物體受到向上的浮力,其大小等于物體所排開的液體重量。從此使人們對物體的沉浮有了科學的認識。  

适用範圍

阿基米德原理适用于全部或部分浸入靜止流體的物體,要求物體下表面必須與流體接觸(圖1)。

如果物體的下表面并未全部同流體接觸,例如,被水浸沒的橋墩、插入海底的沉船、打入湖底的樁子等,在這類情況下,此時水的作用力并不等于原理中所規定的力。

如果水相對于物體有明顯的流動,此原理也不适用(見伯努利方程)。魚在水中遊動,由于周圍的水受到擾動,用阿基米德原理算出的力隻是部分值。這些情形要考慮流體動力學的效應。水翼船受到遠大于浮力的舉力就是動力學效應,所循規律與靜力學有所不同。  

應用實例

氣球

阿基米德原理可用于解釋氣球的上升機理:充滿輕氣體的氣球的自重小于它所排開的空氣的重量(浮力)。

液體比重計

對部分浸入液體的比重計,它所受到的浮力:F=W=γV 。

式中W為比重計的重量,V為浸入液體的體積;γ為液體的比重。若已知W和V,可确定比重γ。

排水量

Vmax=m船/ρ水

由ρ=1,得 Vmax=m船/1

簡寫: V=m

即體積常數等于質量常數。合稱排水量。

積雲對流

阿基米德靜浮力可使積雲對流得以發展,在穩定層結大氣中可以産生重力内波。  

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