浮力的一些疑問 浮力的疑問

2013-02-03 8:35 pm
浮力=物體排開液體體積*液體密度
若有一物(浮體)具有彈性其體積可隨位於液體中不同深度的壓力改變
在此種狀況下根據上述的公式 浮力會髓之改變
可是浮力亦=物體在空氣中重量-物體在水中之重量
若為浮體 此物所受浮力=該物重量
在上列情況 浮力不應改變
為什麼會產生此種矛盾情形
是否液體密度會隨深度改變因此產生ㄋ
更新1:

大大我想你只回答第2部分卻忘ㄌ第一部分 因為若為浮體所受到的浮力應當是一定值(即該物體重量) 可是該物體具有隨液體深度壓力改變其體積大小之特性 因此在不同深度下排開液體之體積也不同 根據浮力=排開液體體積*液體密度這公式可以導出在不同深度下的浮力也不同 跟浮體浮力=該物重量=定值 矛盾阿 所以我才問是否是因為液體密度會隨深度不同改變阿

回答 (3)

2013-02-04 8:46 pm
✔ 最佳答案
我想版主大概把浮體和沉體弄混在一起了,所以才有以上的疑問。現在試著說明一下。

浮力 = 物體排開液體體積*液體密度 = 排開的液體重
浮力 = 物體在空氣中重量 - 物體在液體中重量

一物體會浮或會沉,基本上由兩個力量的拉扯而決定。一個是物體在空氣中的重量(往下),一個是所受浮力(往下)。當一物體接觸水面開始往下沉時,空氣中的重量不變,但排開的液體越來越多,由於浮力可視為排開的液體重,所以所受的浮力也越來越大。若物體尚未完全沒頂,只沈入一部分時,他所獲得的浮力已經夠支撐他那固定不變的空氣中重量,上述所說的兩個力量就達成兩力平衡,因此物體無法繼續下沉,停在那邊,成為浮體。此時浮力等於空氣中的重量,由
浮力 = 物體在空氣中重量 - 物體在液體中重量
可知上式中的左式和右式的第一項相等,因此,浮體在液體中的重量為 0 。所以,只有在浮體的狀況下,才能說
浮力 = 物體在空氣中的重量
由於兩力平衡,所以浮體是不可能如你所說,自己沉到液體中不同深處的。

要讓浮體從平衡位置往下沉,沒頂之前的下沉過程中,因為排開的液體又增加,所以浮力(向上)會變大,比空氣中的重量(向下)還大,必須加一個往下的外力壓住物體,他才有可能繼續下沉。所謂浮體是不能有任何其他外力加在他身上的。現在既然有外力下壓,就不能說
浮力 = 物體在空氣中的重量
因為此時浮力已變大,力的平衡變成
浮力 = 物體在空氣中的重量 + 外加往下的力
當物體本應是浮體,卻如此的被壓入液體中,這時若突然將外加的力除去,浮力大於空氣中的重,物體會迅速往上彈,開始冒出液面時,排開的液體體積開始減小,所以浮力也越來越小,直到和空氣中的重量相等就達到平衡,又恢復真正浮體的狀態了。此時又可以說
浮力 = 物體在空氣中的重量
不過這是理想狀況,實際上的狀況是他會往上衝過頭,使排開的液體體積過小,浮力小於空氣中的重,所以又回落,使排開的液體變多以增加浮力,但也會沉過頭,使浮力過大又往上衝,就這樣來來回回在液面上震盪許久,才安定下來,還他浮體本來面目。

接下來討論你說的特殊情況,假設此物體本來是浮體,但很有彈性,若你先加外力將他往下壓到液體中,原本是
浮力 = 物體在空氣中的重量 + 外加往下的力
但壓入深度越深,液體壓力越大,設此物體彈性超大,體積萎縮到原來的一半,那他排開的液體體積也是剛沒入液體時排開液體體積的一半,也就是說,排開的液體重量是原先的一半,因為排開的液體重就是所受的浮力,現在排開的液體重只有原來的一半,所以所受的浮力只有原來的一半。再看一次這時所適用的公式
浮力 = 物體在空氣中的重量 + 外加往下的力
由於浮力大量的減低,若物體真的被壓縮到很小,排開的液重很小,及浮力很小,小到比物體再空氣中的重量還小,就算你把原來外加往下壓的力量除去,仍然是浮力小於物體在空氣中的重量,這時,他就不再是浮體,而是沉體了。

由於浮力小於空氣中的重,他只好無奈的往下沉,而且越沉就越沈重,因為他的體積還會繼續隨沈入的深度而壓縮,因而所受的浮力就更小,因此會加速下沉,直到底面。到底面時又展開新的三力平衡:
空氣中的重量(向下) = 小小的浮力(向下) + 底面的支撐力(往上)
因為體積的壓縮,使浮力不夠,他只好永遠變成沉體了。若無英雄救美的機會來臨,他只好唱著悲歌,永遠住在龍宮了。

2013-02-04 12:55:46 補充:
倒數第三行打錯 更正為

空氣中的重量(向下) = 小小的浮力(向上) + 底面的支撐力(往上)

還有,上面只說明浮體的情況。沒有說明一開始就是沉體的情況。
若是一開始物體往下沉,整個體積沒入液體中時所得到的排開液體體積最多,也就是浮力最大,若此時這個最大浮力仍然無法撐住物體在空氣中的重,由於浮力已經無法再變大,物體就一開始就是沉體了,沒有成為浮體的機會。
2013-02-07 7:08 am
  液體密度「會」隨深度改變,但是變化非常小,除非是幾百公尺以上的深海,在一般實驗室、游泳池中,液體密度是視為「定值」的。
  浮力是屬於「靜力學」,所以討論浮力問題,應該從「合力=0」開始,不論是「沉體、浮體、壓入水中的浮體、一部分抬出水面的沉體」,只要是靜止的物體,其合力必等於0。(若合力不等於0,就是牛頓第二運動學的問題了)
  針對你所說的「有彈性的浮體壓入水中」浮力會變大。這是正確的,但這不是因為液體的密度改變所造成的!你所說的「浮體浮力=該物重量=定值」也是正確的。兩者並無矛盾。我利用合力 = 0 的概念將這兩種狀況排列如下:

  浮在水面的浮體:浮力 = 排開液體體積*液體密度 = 物重-------------------(1)
  壓入水中的浮體:浮力 = 排開液體體積*液體密度 = 物重 + 手的施力----(2)

(1)式中浮力「是」定值
(2)式中浮力「不是」定值,因為除了物重,這個浮力還要對抗手按下的力量 
參考: 自已
2013-02-04 12:20 am
若為浮體,

物體在空氣中重量=該物重量

物體在水中之重量=0(因為物體的重量已經被液體抵消了)

物體在空氣中重量-物體在水中之重量

=浮力

=物體在空氣中重量-0 (物體在水中之重量=0)

=該物重量-0(物體在空氣中重量=該物重量)

=物重

所以 浮力 = 物重

這樣懂了嗎?
參考: me


收錄日期: 2021-05-01 18:23:58
原文連結 [永久失效]:
https://hk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20130203000010KK03147

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