關於太空中重力和浮力的問題

2021-05-11 08:43:35 字數 5318 閱讀 4496

1樓:一輩子浪漫

近天體的地方,可以說人們受到的重力是較大的,所以衛星才要繞地飛行,為的就是將重力作為向心力,使衛星保持位置,如果靜止當然就被吸下來了

在宇宙的任意位置,完全不受力根本是不可能的,即使很小的力的作用,長時間積累也會使你有很大的速度,你感覺不到是因為引力是作用於你身體內每一個分子的,你身體內所有分子加速度相同,生動一點就是同進退,你當然感覺不到

2樓:匿名使用者

浮力 開放分類: 物理、流體、力學、壓力、壓強

液體和氣體對浸在其中的物體有向上的託力,物理學中把這個託力叫做浮力。

漂浮於流體表面或浸沒於流體之中的物體,受到各方向流體靜壓力的向上合力。其大小等於被物體排開流體的重力。例如石塊的重力大於其同體積水的重量,則下沉到水底。

浮木或船體的重力等於其浸入水中部分所排開的水重,所以浮於水面。氣球的重量比它同體積空氣的重力小,即浮力大於重力,所以會上升。這種浸在水中或空氣中,受到水或空氣將物體向上託的力叫「浮力」。

例如,從井裡提一桶水,在未離開水面之前比離開水面之後要輕些,這是因為桶受到水的浮力。不僅是水,例如酒精、煤油或水銀等所有的液體,對浸在它裡面的物體都有浮力。

產生浮力的原因,可用浸沒在液體內的正立方體的物體來分析。該物體系全浸之物體,受到四面八方液體的壓力,而且是隨深度的增加而增大的。所以這個正立方體的前後、左右、上下六個面都受到液體的壓力。

因為作用在左右兩個側面上的力由於兩側面相對應,而且面積大小相等,又處於液體中相同的深度,所以兩側面上受到的壓力大小相等,方向相反,兩力彼此平衡。同理,作用在前後兩個側面上的壓力也彼此平衡。但是上下兩個面因為在液體中的深度不相同,所以受到的壓強也不相等。

上面的壓強小,下面受到的壓強大,下面受到向上的壓力大於上面受到的向下的壓力。液體對物體這個壓力差,就是液體對物體的浮力。這個力等於被物體所排開的液體的重量。

當一個浮體的頂部介面接觸不到液體時,則只有作用在底部介面向上的壓力才會產生浮力。至於一個位於容器底面上的物體,並和容器底面密切接觸,那它就只能受到向下作用於物體表面的液體壓力下,所以這個物體不受浮力作用,這種現象並不多,因為只要其間有一層很薄的液膜,就能傳遞壓強,底面就有向上的壓力,物體上下表面有了壓力差,物體就會受到浮力。

浮力公式的推算

f 浮=f下表面-f上表面

=f向上-f向下

=p向上-p向下

=ρ液-ρ液

=ρ(h-h)

=ρ液=ρ液v排g

=m排液g

=g排液

當物體懸浮在液體上時(當未受外力時),f 浮=g物

稍加說明:

(1)「f 浮=f下表面-f上表面」一般作為浮力產生原因,在同步學習(平時的考試)中,考一道填空或選擇。在中考中不常出現,如果出現也只是考一道題。還要注意在最後一道浮力計算題中——不會做時,別忘了想想它。

(2)「f 浮=f下表面-f上表面」與「f浮=ρ液gv排=g排液」的聯絡,明白就夠了,不會考。(其實這就是「兔兔r」說的形狀不規則的物體,不好用「f下表面-f上表面」,所以不考。)

(3)「f浮=ρ液gv排=g排液」最重要。

但這也沒有什麼可「推算」的——直接由阿基米德原理把文字表述變成式子就行了:浮力=排開液體所受重力——f浮=g排液=m排液•g =ρ液gv排

(4)給出沉浮條件(實心物體)

ρ物>ρ液, 下沉 ,g物>f浮

ρ物=ρ液, 懸浮 ,g物=f浮 (基本物體是空心的)

ρ物<ρ液, 上浮,(靜止後漂浮)g物<f浮

ρ物<ρ液, 漂浮,g物<f浮(因為是上浮的最後境界,所以ρ物<ρ液)

ρ物>ρ液, 沉底 ,g物=f浮+f杯底對物的支援力(三力平衡)

(5)給出「露排比公式」——解漂浮題的重要公式

如果漂浮(這是重要前提!), 則:ρ物∶ρ液=v排∶v物。

其中,v物=v排+v露

它的變形公式

1. (ρ液-ρ物)∶ρ液=v露∶v物

2. ρ物∶(ρ液-ρ物)=v排∶v露

…………………………………………

證明:∵漂浮

∴f浮=g物,即ρ液gv排=ρ物gv物,即ρ液v排=ρ物v物,即ρ物∶ρ液=v排∶v物(交叉相乘)

另外液體還可以產生比自身重力大的浮力

物體在液體中排開液體的重力等於物體所受浮力

但是液體可以產生比自身重力大的浮力

排液量是一個抽象的概念

排開的液體是當液體凝固時,將固體拿出,用同種液體將空檔填滿,用來填充的液體量就是排開的液體量

所以產生十牛的浮力不一定需要十牛重的液體,液體可以產生比自身重力大的浮力

例如:一個底面積為30平方釐米的容器中有50牛重的水,將一個底面積為25平方釐米高10釐米的柱體(密度大於水)放入水中

沉入水底(主體下方有少量水,忽略不計)。水上升至10釐米高。排水量為250立方厘米,浮力為250牛,而水只有50牛,產生的浮力是液體本身重力的5倍。

當物體在水中完全和地接觸是就沒有浮力了,因為底部沒水就不存在浮力了。

[例1]有一個合金塊質量10kg,全部浸沒在水中時,需用80n的力才能拉住它,求:此時合金塊受到的浮力多大?

[分析]根據g=mg可得出金屬塊重力,浮力大小是重力與拉力的差。

[解答]g=mg=10×9.8n/kg=98n

f浮=g-f浮=98n-80n=18n

答:金屬塊受到的浮力是18n。

[例2]完全浸沒在水中的乒乓球,放手後從運動到靜止的過程中,其浮力大小變化情況 [ ]

a.浮力不斷變大,但小於重力。

b.浮力不變,但浮力大於重力。

c.浮力先不變,後變小,且始終大於重力直至靜止時,浮力才等於重力。

d.浮力先大於重力,後小於重力。

[分析]乒乓球完全浸沒在水中時,浮力大於重力,因浮力大小與物體在液內深度無關。因此乒乓球在水中運動時所受浮力不變,直到當球露出水面時,浮力開始變小,當浮力等於重力時,球靜止在水面上,呈漂浮狀態。

[解答]c

[例3]一個正方體鐵塊,在水下某深度時,上底面受到15n壓力,下底面受到20n壓力,則此時鐵塊受到浮力是________n;當鐵塊下沉到某位置時,上底受到壓力增大至20n時,下底受到壓力是_______n。

[分析]浮力產生的原因是物體上下底面受到液體的壓力差。隨著物體下沉,每個底面受到壓力都要變大,但壓力差不變,即

f浮=f下底-f上底=20n-15n=5n,

f』下底=f』上底+f浮=20n+5n=25n。

[解答]5,25。

[討論]

浮力是包圍物體的液體從各個方向對物體施加壓力的總效果的反映。課本中以正方體為例,是為了便於理解和接受。如果從力的分解效果上講,不規則形狀的物體,同樣滿足f浮=f向上-f向下的關係。

[例4]質量相等的木塊和冰塊(ρ木<ρ冰)都漂在水面上,木塊受到的浮力________冰塊受到的浮力;體積相等的實心木塊和冰塊都漂在水面上,木塊受到的浮力________冰塊受到的浮力。(填大於、小於、等於)

[分析]根據物體的浮沉條件可知,物體漂浮時f浮=g,所以此題中要比較浮力的大小可通過比較木塊和冰塊受到的重力的大小來求得。

因為木塊和冰塊都漂浮在水面上,有f木浮=g木,f冰浮=g冰

(1)當木塊和冰塊質量相等時,由g=mg可知,g木=g冰,所以f木浮=f冰浮木塊和冰塊受浮力相等。

(2)當木塊和冰塊體積相等時,因為ρ木<ρ冰,根據g=ρgv可知,g木

所以f木浮

[解答]此題正確答案為:等於、小於。

[例5]根據圖中彈簧秤的讀數,求出物體a在液體中所受的浮力。並回答在求浮力的過程中,主要用到了已學過的哪些知識?

[分析]這是用實驗的方法測浮力。

圖(1)中彈簧秤的讀數就是物體在空氣中的重g物,大小為1.3牛;圖(2)中彈簧秤讀數是物體在水中的視重g視,大小為0.5牛,物體a所受浮力大小,等於兩次彈簧秤示數的差,f浮=g物-g視=1.

3牛-0.5牛=0.8牛。

在回答上面問題時,用到了力的合成和力的平衡知識,分析a物體的受力情況,如圖(3)所示,a受重力g,浮力f,彈簧秤的拉力f,由於a在水中處於平衡狀態,所以有:f+f浮=g物,所以:f浮=g物-f,f的大小等於a的視重,所以:

f浮=g物-g視。

[例6]一個正立方體的鐵塊,邊長是1分米,浸在水中。求:(1)當它的下表面距液麵0.

5分米,並與水平面平行時,鐵塊下表面受到的壓強和壓力,鐵塊受到的浮力。(2)當鐵塊全部浸入水中,它的上表面距液麵0.5分米時,鐵塊上下表面受到的壓強差、壓力差和浮力。

(3)當鐵塊上表面距液麵1分米時,求鐵塊上下表面受到的壓強差、壓力差和浮力。

[分析]此題可用壓力差法求浮力。深度見圖3中各示意圖,

已知:h=1分米=0.1米,橫截面積s=h2=0.

01米2,h1=0.5分米=0.05米,h2=0.

5分米=0.05米,h3=1分米=0.1米,ρ水=1.

0×103千克/米3。

求:(1)p1、f1,f浮。

(2)p2-p』2,f2-f』2,f浮2

(3)p3-p』3,f3-f』3,f浮3。

[解答](1)如圖(1)所示:

p1=ρ水gh1=1.0×103千克米3×9.8牛/千克×0.05米=0.49×103帕,

f1=p1s=0.49×103帕×0.01米2=4.9牛,

f浮1=f1=4.9牛。

(2)如圖 (2)所示,設下表面受到的向上壓強、壓力分別為p2、f2。上表面受到的向下壓強、壓力分別為p』2、f』2。

p2-p』2=ρ水g(h+h2)-ρ水gh2

=ρ水gh+ρ水gh2-ρ水gh2

=ρ水gh=1.0×103千克/米3×9.8/千克×0.1米

=0.98×103帕,

f2-f』2=ρ水g(h+h2)s-ρ水gh2s

=ρ水ghs+ρ水gh2s-ρ水gh2s

=ρ水ghs

=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.1米×0.01米2

=9.8牛

f浮2=f2-f』2=9.8牛。

(3)如圖 (3)所示:

p3-p』3=ρ**(h+h3)-ρ水gh

=ρ水gh+ρ水gh3-ρ水gh3

=ρ水gh

=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.1米

=0.98×103帕,

f3-f』3=(p3-p』3)

=ρ水ghs

=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.1米×0.01米

=9.8牛,

f浮3=f3-f』3=9.8牛。

答:(1)鐵塊下表面受到的壓強為0.49×103帕,壓力和浮力均為4.

9牛。(2)和(3)中鐵塊上下表面受到的壓強差都為0.98×103帕,壓力差都為9.

8牛,浮力都為9.8牛。

[說明]從(2)(3)的解答中看出,物體全浸在液體中時,所受的壓強差、壓力差和浮力均

阿基米德公式:浸在液體中的物體,會受到液體對它向上的託力,浮力的大小等於它排開液體的重量。

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