如何簡單證明阿基公尺德定律(浮力定律)?

時間 2021-05-06 14:31:42

1樓:

在這個裝滿水的燒杯中假想取乙個水的立方體(圖中藍色矩形的部分),那麼這塊水是平衡的,它靜止不動,這說明這塊水的底部受到的浮力正好的等於這塊水的重量。所以用物體代替這個水的立方體的話,其受到的浮力也等於物體排除的水的重量。證畢!

2樓:MyGodJesus

作用在物體表面的液體壓力求和就行了。具體做法就是每乙個物體面積微元乘以對應的液體壓強,然後對物體整個表面進行積分就行了。可以化面積分為體積分,從結果能夠看出來浮力只與物體體積有關,和表面形狀無關。

記得高數或者數學分析教材的多重積分有這個習題的。

3樓:一道殘陽

初中時候這麼理解的:假設物體完全浸入水中,把物體縱向切成無數小份,然後用每乙份的壓強差與單位面積相乘後求和,然後就得到阿基公尺德原理了。

簡單來講就是,微元法加浮力定義

4樓:有丘直方

簡單證明的話,做實驗。

理論性的證明的話,利用Newton第三運動定律,先證浮力和液體對容器底部壓力的關係,再根據幾何關係推出浮力和排開液體體積的關係。

如果你喜歡數學證明,看這個我寫的:

5樓:碳基生物

這個定律是可以通過簡單邏輯思考得出的,不需要什麼公式,前提是想明白了浮力產生的原理,推理步驟如下:

1. 浮力是物體所受的上下壓力差。

2. 大小形狀完全一樣的物體放在液體中同樣的位置所受的浮力一樣。

3.對於任意乙個物體而言,都可以在液體中想象出乙個跟它形狀完全一致的「液體塊」,與該物體所受浮力相等。

4. 這個「液體塊」處於靜止懸浮狀態,因此它所受的浮力與自身重力相等。

5. 所以這個物體所受的浮力與它排開的這個「液體塊」所受的重力相等。

6樓:rsa

【預備知識】

位於液體內深度為 的點,壓強為 ,其中 為液體密度。

這個還是比較好理解的,考慮以 為一組鄰邊向量的極小平行四邊形 ,大小為 的面積,方向垂直於 向下, 在 平面的投影面積為 ( 為豎直向下單位向量),對 上方液體柱分析,由於液體柱側面作用力垂直於 軸,故合力的 分量 ,其中液體柱質量 , 面積 , 法向量與 軸夾角滿足 ,代入得 。

【特殊情況】

這種情況在八年級物理課本上有講,即長方體(底面平行於水平面)所受浮力。

用 表示長方體上、下、左、右、前、後所受壓力,由於前後、左右的深度分布對稱,有 。

用 表示底面積、高度、上表面深度,則 。(同樣, 表示 軸單位方向向量)

於是浮力為

這裡 就是長方體的體積,也就是浮力等於排開液體的重力反向。

【一般情況】

原理和長方體的情形基本一樣,只是由於是不規則物體,積分是不可避免了。

將壓強的結論寫成第二類曲面積分形式:

液體內的有向曲面 所受壓力為 。

於是,設物體表面為 ,內側為正向,則物體受到的浮力即該表面受到的壓力

這時候直接上Gauss公式就證完了:

仿照特殊情況可以這麼理解: 就是把物體表面投影到 平面上算合力,並且積分值只和投影後的點有關(因為不含 ),因為是封閉曲面,投影後除邊界外每個點有幾次正向經過就有幾次反向經過,所以合力正好為 (對應於特殊情況中 ),最後只剩 (對應於特殊情況中 )。

結論仍然是浮力等於排開液體的重力反向。

7樓:

不邀自來

我考慮過乙個問題,就是液(氣)體中上浮的物體的機械能守恆問題設物體排開液(氣)體的質量為M,物體質量為m,上公升一段h,忽略阻力由動能定理,

W浮-mgh=Ek

由機械能守恆定律,之前令我不解之處是我列出來的方程是這樣的:

-mgh=Ek

之後我才發現,這個過程中我忽略掉了液(氣)體的重力勢能變化,因此應該是這樣的:

ΔEp(液)-mgh=Ek

這樣不但解決了我先前的疑惑,還能順便證明阿基公尺德浮力定律:

注意到ΔEp(液)=G排*h

因此有W浮=G排*h

注意到G排為恆值,因此W浮∝h,於是有F浮=G排

8樓:原子筆

我的思想實驗:處於靜止狀態下的「水塊」,所受合力為0。水塊受2個力,乙個是重力G,另乙個是水對它的作用力F1=G。

現在把「水塊」替換為物塊,顯然水對物塊的作用力F2=F1(一坨「剛體」在平衡系統裡達到靜止,顯然和它內部的組成沒關係吧?),把這個F2稱為浮力,則有F2=G。

附加的,我們有,如果物塊的重心和水塊的重心不在一條重力垂線上,那麼物塊會翻滾,直到2者在一條直線上時平衡。

9樓:趙華田

不邀自來。思想是可以代替公式的。

既然要求簡單,那就不能擺公式了。

阿基公尺德定律,物塊受到的浮力等於排開液體的重力。

把物塊替換成"水塊",那麼周圍的水對"水塊"作用力的合力抵消了水塊的重力,所以再把水塊替換為物塊,周圍水對物塊的力即浮力,就是排開液體的重力。

10樓:

簡單的說就是流體受到重力作用越到下面下面的壓強越來越大,壓強差讓物體受到向上的浮力。

尤拉靜平衡方程

即有僅考慮重力作用,重力方向為z的正方向

考慮物體上dS的面積有

即有Z方向,我們有

由上式證畢

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