初中物理竞赛基础教程:浮力的应用
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第21讲浮力的应用
21.1学习提要
21.1.1 计算浮力的推导公式
(仅使用于物体漂浮或悬浮状态)
这是一个经常在浮力计算中用到的公式,熟练掌握这个公式,许多问题就可以迎刃而解。公式的推导过程如下
以物体漂浮为例,如图21 - 1所示。
图21-1
F浮= G物
ρ液gV排= ρ物gV物
故
物体如果处于悬浮状态,同理可证。
21.1.2 浮沉条件的应用
1. 轮船
轮船漂浮在水面,受到两个力的作用,根据漂浮条件,F浮=G总=G船+G货。轮船是用钢板焊成的空心体,比起相同质量的实心钢材,能排开更多的水,从而产生巨大的浮力来平衡船体和所载的货物所受的重力。例如一艘排水量为30万吨的油轮,如果油轮自身质量为6万吨,那么它最多可装载24万吨的原油。
图21-2 图21-3 图21-4
2. 潜水艇
如图21 - 2所示,当改变自重至F浮<G总时,潜水艇下潜;当F浮>G总潜水艇上浮。其自重的改变是通过压缩空气跟水舱组合工作而实现的。
3. 气球和飞艇
如图21 - 3所示,气球和飞艇的升空和下降,主要是靠改变它们所受到的浮力大小和自重大小来实现的。它的主要部分是气囊,其内充的是密度较小的热空气或氦气。
4. 密度计
如图21 -4所示,密度计可直接测量液体的密度,它根据漂浮条件F浮=G物而工作,所以它在不同的液体中受到的浮力都相等,其排开液体的体积与液体密度之间的关系为。
密度计的刻度有两个特点:第一,刻度越髙,密度越小;第二,刻度的间距不均匀,上面疏,下面密。可概括为八个字“上小下大,上疏下密”。
密度计分为两种:一种叫比轻计,用于测定比水的密度小的液体密度;另一种叫比重计,用于测定比水的密度大的液体密度。
5. 其他应用
(1)利用盐水选种
适当调配盐水的密度,这样使密度大于盐水的种子下沉,使密度小于盐水的种子漂浮,达到选种的目的。
(2)测定血液密度
取一滴血液滴入硫酸铜溶液里,若悬浮,则血液的密度等于该溶液的密度。
(3)打捞沉船
如图21 - 5所示,打捞沉船时利用体积巨大的密封钢筒(浮筒)来打捞,往浮筒里注水使它下沉,若把浮筒与沉船拴牢后,将浮筒中的水排出,使所受浮力大于船重,沉船就可上浮了。
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