浮力

浮力

浸在流体内的物体受到流体竖直向上的作用力叫作浮力，与重力的方向相反。浮力指物体浸没在流体（液体和气体）中，各表面受流体压力的差（流体对物体的作用力的合力）。公元前245年，阿基米德发现了浮力原理。浮力的定义式为F浮=G排（即物体所受的浮力等于物体处于稳定状态下所排开液体的重力），计算可用它的推导公式F浮=G排=ρ液gV排（ρ液为液体的密度，单位为kg/m³；g为常数，是重力与质量的比值，取g=9.8N/kg，粗略计算时可取10N/kg；V排表示排开液体的体积，单位为m³）。同时，液体的浮力公式也适用于气体（把ρ液换为ρ气即可）,未做特殊说明时，浮力一般指物体浸没在液体中所受到竖直向上的力。

物体在液体中所受浮力的大小，只跟它排开液体体积和液体的密度有关，与物体本身的密度、运动状态、浸没在液体中的深度等因素无关。在水中，比水密度大的物体会下沉，比如石头、铁块；比水密度小的物体会上升，比如塑料、木头，在其他液体和气体中也存在同样的规律。

例如木头能在水中漂浮，轮船能在大海中航行都是浮力的贡献。浮力来源于物体上表面和下表面的压力差，方向和重力相反，可以简单地这样理解：重力要把所有想跑的物体拉回地面，而浮力是帮助物体离开地面。

五千多年前的来自希腊的物理学家阿基米德虽然是偶然发现的这一定论，但是不是说铁做的东西就永远无法漂在水面上了呢?上面举的例子都是实心的物体。如果把铁块做成一个空心的东西，就像生活中看到的轮船或者是铁皮做的油箱，它们就可以浮在水面上。任何一个物体只要它在水中排开水的重量大于它自己的重量，它就能在水上漂浮。比如我们戴上救生圈就能浮在水中就是因为救生圈帮我们“排开”了更多的水。

为了能够飘在空中，我们就需要寻找比空气更轻的东西。大家首先想到了氢气，在以前，氢气世界上已知密度最小的气体，因此人们把氢气充入气球，就可以乘坐气球在天空中飞行。但是氢气是易燃易爆气体，氢气球一旦操作不慎就会爆炸，后来人们发现了另一种密度也比空气小的气体——氦气。氦气是惰性气体，即使用火去点也点不着，所以人们逐渐用氦气球和热气球取代氢气球。除了充入比空气密度小的气体，还可以增大排开空气的体积，比如热气球。大家所见到的热气球一般都有着相当巨大的球体，热气球点火升空时，气体受热膨胀密度降低，排开更多的空气从而获得更大的浮力，从而能够载人在天空遨游。