浮力在日常生活中的應用探析

尹梓涵

摘 要：浮力作為一種典型的物理現(xiàn)象，在我們的日常生活中極為常見，并且有著廣泛的應用，對人們的生活、生產起到了巨大的推動作用。基于此，文章將首先簡要闡述浮力的原理，并對其在日常生活中的應用展開探析。

關鍵詞：浮力;物理;日常生活;應用

中圖分類號：G64.28 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0195-02

在我們的日常生活、生產當中，浮力有著極為廣泛的應用且發(fā)揮著重要作用，通過對浮力在日常生活中的應用展開深入探析，能夠讓我們對浮力知識有更為深刻的理解。

1 浮力的原理

浮力是一種浸在液體或者氣體中的物體所受到液體或氣體豎直向上的托舉力，是一種典型的物理現(xiàn)象。浮力的產生原理，我們可選用浸在液體中的正方體進行分析，該正方體完全浸泡在液體中，六個面均受到液體的壓力，并且該壓力隨著深度的增加而增大[1]。其中兩側四個面由于深度相同、面積相同且受力方向相反，所以能夠達到平衡;而上下面由于在液體中的深度不同，所以會承受不同的壓強，其中下面壓強要比上面壓強大，便會因此形成壓力差，這種壓力差便是液體對物體的浮力，而浮力的大小與物體所排開液體的重力相等。

2 浮力在日常生活中的應用

2.1 密度計

密度計作為測量液體密度的專業(yè)儀器，其上部為粗細勻稱且標有刻度的玻璃管，下部為密封的玻璃泡，在玻璃泡中含有一定量鉛粒重物。密度計的工作原理便是浮力知識的實際應用，主要利用了物體漂浮原理F浮=G。不同液體中，密度計受到的浮力也不相同，因此液體密度的增大，所排出液體體積便會減小[2]。具體來講，將密度計放置到檢測液體當中，在玻璃泡內部鉛粒的作用下，密度計在液體中能夠始終保持豎立狀態(tài)，上部玻璃管的刻度便是該液體密度與水密度的比值，所以在得出液體密度時，應當將玻璃管刻度與水密度值相乘。如此看來，密度計的工作原理很好地利用了浮力這一物理知識，使得液體密度測量變得更為直觀簡便，有著較高的應用價值。

2.2 輪船

輪船制作所用材料為鋼鐵，這一材料的密度要比水大很多，它之所以能夠漂浮在水面上，主要是因為船體為空心結構，使其能夠排開更多的水，也就增大了它所受到的浮力，此時輪船所受到的浮力與其自身重力相等，從而使其能夠漂浮在水面上。由此可見，輪船主要是利用物體漂浮在液面的條件（F浮=G）完成工作的，輪船的重力不發(fā)生變化，那么不管是在海里還是河里，它所受到的浮力都不會發(fā)生變化，不過由于海水與河水的密度有所不同，根據(jù)阿基米德原理，F(xiàn)浮=p液·g·V排，所以輪船在海里所排出的水的體積要比在河里排出水的體積小，也即表明輪船的吃水線存在不同。

所以，對于輪船的大小定義，在生活中我們一般會用排水量予以表示，而排水量也即是結合設計需求，在滿載狀態(tài)下輪船排開水的質量。輪船在滿載狀態(tài)下受到的浮力F浮=G排=m排g，而輪船漂浮在液面上的浮力F浮=G船+G貨=m船g +m貨g，所以m總=m船+m貨。

2.3 潛水艇

潛水艇作為執(zhí)行水下偵查任務的主要航行器，其工作原理也主要基于浮力的應用。具體來講，潛水艇充分利用了阿基米德原理進行制作，能夠在水中通過改變自身重力去實現(xiàn)完全自由的浮起與沉潛。在潛水艇的側面有專門用于存儲水的水艙，在潛水艇需要沉潛時，便會將水注入水艙當中，此時潛水艇重力便會增大，便會慢慢下沉;在潛水艇需要上浮時，便會利用高壓空氣將水艙中的水排出，此時潛水艇重力得以減小，而潛水艇受到的浮力大于其重力，則會將其托出水面;當潛水艇需要在一定深度水中停留時，便會保持水艙中有適量的水，能夠維持潛水艇自身重力與其所受到的浮力相持平，此時潛水艇便能停留在任意深度的水中，如圖1所示。

2.4 熱氣球

從熱氣球的結構來看，其主要有吊籃、球囊以及加熱設備三大部分構成，其中球囊為密不透氣且耐高溫的纖維材質制作而成，自重較輕但極為牢固結實[3]，如圖4所示。熱氣球之所以能夠產生浮力而漂浮在空中，主要是利用了熱空氣密度要比冷空氣密度小的原理，所以在球囊這一固定不變體積之內，熱空氣要比冷空氣更輕，從而產生了向上托舉的浮力，實現(xiàn)熱氣球的升空。同時，熱氣球自備的加熱設備能夠自由把控加熱的時間長短以及球囊溫度，從而實現(xiàn)對熱氣球上下升降的控制。此外，還可將各類儀器與熱氣球一同上升，去檢測高空密度、溫度以及壓力等數(shù)據(jù)，可見在日常生活生產中有著重要的應用價值。

2.5 鹽水選種

在日常生活當中，我們還可利用浮力知識去進行種子的優(yōu)選。為了提升種子的發(fā)芽率，常常會先用鹽水選種這一方式，具體來講也即是將籽粒飽滿的種子放置在在濃度適宜的鹽水當中，由于種子密度比鹽水密度要大，所以正常健康的種子會沉在鹽水底部，而干癟或是被蟲蛀的種子密度要比鹽水的密度小，所以會慢慢浮于鹽水表面，如圖2所示。如此一來，便可選擇沉降鹽水底部的種子進行種植，能夠明顯提升種子的發(fā)芽率。

2.6 飛艇

飛艇的主要結構為橢圓形狀且漂浮在空中的氣囊，在氣囊當中填充入氫氣或氦氣等氣體，這類氣體的密度要比空氣小，所以能夠在空氣的浮力之下漂浮在空中。而高空當中的空氣較為稀薄，密度減小，所以飛艇達到一定高度之后其浮力便會下降，浮力也會逐步等同自身重力，從而停止上升。如果要控制飛艇下降，則需要將氣囊中的氣體適量釋放，氣囊體積變小便會減小其受到的浮力，慢慢飛艇便會下降。

不難看出，我們日常生活中的氫氣球玩具的升空原理與飛艇相同，不過氫氣球在升空中會因為大氣壓的不斷減小而逐漸膨脹，當膨脹到一定程度時便會發(fā)生爆炸，所以氫氣球一般難以回到地面。

2.7 潛水浮力背心

潛水員在不同深度的水中，所承受的浮力大小是不同的，并且隨著氧氣瓶中的氧氣不斷被消耗，浮力大小還會有所波動。此時潛水員為了能夠維持身體受力平衡，則可通過對浮力背心中的氣體進行調節(jié)。比如潛水員下潛到深水位，便可向背心中充入氣體，主要是因為在深水中水壓會增大，而氣腔中的氣體體積會變小，此時通過充氣補充便能確保整體浮力不變，否則便會導致潛水員下沉速度不斷加快。此外，潛水浮力背心中的氣腔氣體并非獨立存在，而是可以在任意方向流動，如此一來潛水員在水中如果改變姿勢，氣體能夠順暢的流入每一個方向，到達背心中壓力最小位置，從而減少體能消耗。

倘若潛水員在水中遭遇危險情況而需要即刻出水，那么便可向浮力背心中充氣，通過浮力的提升去幫助潛水員快速出水。一般情況下，由于海流以及水下活動的原因，潛水員出水地方距離水岸會有一段距離，為了保證潛水員在緊急求生情況下能夠擁有更好體力，在潛水背心的浮力幫助下便能持續(xù)游很遠距離。

3 結語

綜上所述，浮力現(xiàn)象在日常生活中極為常見且有著廣泛應用，所以現(xiàn)如今對浮力的研究逐漸增多，同時也取得了顯著成效與進步。浮力在日常生活中的應用，要想充分發(fā)揮其作用，應當充分遵循其原理，結合人類社會的實際需求進行研發(fā)，如此一來才能凸顯出浮力的實際應用價值。

參考文獻

[1] 楊新宇.浮力問題的研究[J].數(shù)理化解題研究，2017（29）：61-62.

[2] 肖陽.液體浮力做功定理的應用研究[J].科學咨詢，2014（9）：131-132.

[3] 李龍飛.淺談浮力在日常生活中的應用[J].軟件：教學，2014（2）：187-187.