这事儿我以前还真弄过。记得有一次,我在大学物理实验课上,要计算一个不规则物体的浮力。那是一个装满水的桶,里面有个木块,我们用弹簧秤测出木块在空气中和在水中的重量,然后通过比较两者的差异来算浮力。
那年是2012年,地点是成都的一所大学,我们实验小组大概有5个人。我负责记录数据,那个木块大概有500克重。我们先测出木块在空气中的重量,然后轻轻地把木块放入水中,用弹簧秤重新测一次。两者的差值就是浮力了。
浮力 = 木块在空气中的重量 - 木块在水中的重量
这样算下来,我们测出的浮力大概有4牛顿左右。其实这个计算原理很简单,就是利用了阿基米德原理。不过,那次实验还真是让我深刻理解了物理公式背后的实际应用呢。哈这事儿现在回想起来还挺有趣的。
记得有一次,我带学生去游泳池,一个小男孩不会游泳,站在池边直发愁。我灵机一动,找了个塑料瓶,往里灌满水,然后问他:“你看,这个塑料瓶在水里会沉吗?”
“不会吧,老师,塑料瓶不是沉的吗?”他疑惑地问。
我笑了笑,说:“那是因为塑料瓶里的水比它的重量轻,所以它会浮起来。这就是浮力的原理。”
我拿出计算器,现场给他算了个例子:“假设塑料瓶的体积是0.5立方分米,水的密度是1克/立方厘米,那么塑料瓶受到的浮力就是0.5千克,也就是500克。”
“哇,原来浮力是这样算的!”小男孩恍然大悟。
等等,还有个事,我突然想到,你小时候有没有在河边玩过石头?石头在水里会沉下去,也是因为水的浮力不够支撑它的重量。那么,浮力到底是怎么被发现的呢?
浮力计算其实很简单。其实,这事复杂在很多人把它想得太复杂了。先说最重要的,浮力是根据阿基米德原理来计算的,它说的是一个物体浸没在流体中时,会受到一个向上的力,这个力的大小等于物体排开的流体的重量。
另外一点,计算浮力通常需要知道物体的体积和流体的密度。比如,去年我们跑的那个项目,一个大概3000量级的项目,我们就是通过测量物体在水中的排水量来计算浮力的。
我一开始也以为浮力计算只适用于简单的几何形状,后来发现不对,任何形状的物体都可以通过计算其排水体积来得到浮力。等等,还有个事,浮力计算中流体密度的确定也很关键,不同的流体密度不同,比如水的密度是1克/立方厘米,而酒精的密度就小多了。
最后提醒一个容易踩的坑,就是不要忽略流体的粘性对浮力的影响,尤其是在低速流动的流体中,粘性可能会导致浮力计算出现偏差。我觉得值得试试的是,在计算前先了解一下流体的性质,这样能更准确地预测浮力。
结论:浮力等于排开水的重量。 大白话:物体在水里,把水推开了,浮力就是推开的这部分水的重量。 具体项目:比如一个木块,排开的水重1公斤,浮力就是1公斤。 时间:这个原理,阿基米德公元前3世纪就提出来了。 数字:1公斤水等于1升水,密度是1克/立方厘米。