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阿基米德定律

流体静力学的一个重要原理,它指出,浸入静止流体中的物体受到一个浮力,其大小等于该物体所排开的流体重量,方向竖直向上并通过所排开流体的形心。这结论是阿基米德首先提出的,故称阿基米德原理。结论对部分浸入液体中的物体同样是正确的。同一结论还可以推广到气体。

浸入静止流体(气体或液体)中的物体受到一个浮力,其大小等于

阿基米德发现的浮力原理,奠定了流体静力学的基础。传说希伦王召见阿基米德,让他鉴定纯金王冠是否掺假。他冥思苦想多日,在跨进澡盆洗澡时,从看见水面上升得到启示,作出了关于浮体问题的重大发现,并通过王冠排出的水量解决了国王的疑问。在著名的《论浮体》一书中,他按照各种固体的形状和比重的变化来确定其浮于水中的位置,并且详细阐述和总结了后来闻名于世的阿基米德原理:放在液体中的物体受到向上的浮力,其大小等于物体所排开的液体重量。从此使人们对物体的沉浮有了科学的认识。 

阿基米德原理适用于全部或部分浸入静止流体的物体,要求物体下表面必须与流体接触(图1)。

如果物体的下表面并未全部同流体接触,例如,被水浸没的桥墩、插入海底的沉船、打入湖底的桩子等,在这类情况下,此时水的作用力并不等于原理中所规定的力。

如果水相对于物体有明显的流动,此原理也不适用(见伯努利方程)。鱼在水中游动,由于周围的水受到扰动,用阿基米德原理算出的力只是部分值。这些情形要考虑流体动力学的效应。水翼船受到远大于浮力的举力就是动力学效应,所循规律与静力学有所不同。 

阿基米德原理可用于解释气球的上升机理:充满轻气体的气球的自重小于它所排开的空气的重量(浮力)。

对部分浸入液体的比重计,它所受到的浮力:F=W=γV

式中W为比重计的重量,V为浸入液体的体积;γ为液体的比重。若已知WV,可确定比重γ

Vmax=m

由ρ=1,得 Vmax=m/1

简写: V=m

即体积常数等于质量常数。合称排水量。

阿基米德静浮力可使积云对流得以发展,在稳定层结大气中可以产生重力内波。 



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