第三节:物体的浮沉原理
1.1 当物体浸没在水中或其他液体中,且只受到重力和浮力的作用时,其浮沉状态取决于重力和浮力的大小关系。
物体的浮沉应遵循以下规律:
当重力大于浮力时,物体将下沉;
当重力小于浮力时,物体将上浮;
当重力和浮力相等时,物体将处于漂浮或悬浮状态。
如图所示:
1.2 对于密度均匀的实心物体,我们也可以从密度与液体密度的大小关系来判断其浮沉条件:
当物体的密度大于液体密度时,物体将下沉;
当物体的密度小于液体密度时,物体将上浮;
当物体的密度与液体密度相等时,物体将悬浮。
1.3 上浮和下沉是一个动态过程。
1.3.1 当浮力大于重力时,物体在水中会上浮。在上浮过程中,其所受的力是不变的。但当物体部分露出水面后,其受到的浮力会随着露出水面部分的体积增加而减小,直到浮力与重力平衡,物体便会漂浮在水面上。
1.3.2 当浮力小于重力时,物体将在水中下沉。在下沉过程中,物体所受的力也不变。直到物体与容器底部接触,此时物体受到的浮力与容器底部对物体的支撑力之和与物体的重力平衡。
1.4 漂浮的定义及条件是:当物体浮在液面上时,我们称之为漂浮。其条件是浮力等于重力。
1.5 飘浮与悬浮的区别在于:两者都是物体的平衡状态,都满足浮力等于重力。但飘浮是物体的部分体积浸入水中,而悬浮则是物体的全部体积浸没于水中。
1.6 控制物体上浮或下沉的方法:
1.6.1 当物体浸没在水中或其他液体中,且只受到重力和浮力的作用时,我们可以通过改变浮力或重力的大小来控制物体的浮沉。例如:
①巨型轮船是通过改变自身浸入水中的体积来改变所受的浮力;
②潜水艇则是通过改变自身重量来控制其浮沉。
1.6.2 我们还可以通过增加液体的密度来增大浸没在液体中物体所受的浮力,使其浮在液面。
1.7 漂浮体与悬浮体的特点:
1.7.1 漂浮在液面上的物体被称为漂浮体,其部分体积露出液面,因此排开的液体体积小于物体的体积。漂浮体所受的浮力等于其重力。
1.7.2 悬浮在液体中的物体被称为悬浮体,其全部体积都浸没在液体中。悬浮体无论在液体的哪个位置,其所受的浮力都与其重力相等,且物体的平均密度与液体的密度也相等。