水上自行车

概括：这道题是甘酉稻同学的课后练习题，主要是关于水上自行车，指导老师为荣老师。水上自行车运动起源于加拿大，惬意、安全，它的车座高度可以调节，车把是赛车型，易于操纵，脚蹬可以前后蹬，前进或是退后一切自如，如果感到疲劳，还可停住脚，在水上"悬浮"，很是悠然自得。

题目：水上自行车

水上自行车运动起源于加拿大，惬意、安全，它的车座高度可以调节，车把是赛车型，易于操纵，脚蹬可以前后蹬，前进或是退后一切自如，如果感到疲劳，还可停住脚，在水上“悬浮”，很是悠然自得。它的原理是运用了浮力原理。

浮力指物体在流体（包括液体和气体）中，各表面受流体（液体和气体）压力的差（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（即浸没在液体或气体里的物体受到竖直向上的浮力，其大小等于物体下沉时排开的液体所受到的重力，也叫阿基米德原理），计算可用它推导出公式F浮=ρ液gV排（ρ液：液体密度，单位千克/立方米；g：重力与质量的比值g=9.8N/kg，在粗略计算时，g可以取10N/kg，单位牛顿；V排：排开液体的体积，单位立方米）。液体的浮力也适用于气体。

浮力的方向：与重力方向相反，竖直向上。

浮力产生的原因：浸在液体或气体里的物体受到液体或气体对物体向上的和向下的压力差。

物体在液体中下表面受到的压力大于物体在液体中上表面受到的压力，所以合力为F向上-F向下，原因是液体内部向各个方向都有压强，那么物体上表面受到液体给它的一个向下的压力，而物体下表面受到液体给它的一个向上的压力。由于在同种液体中，深度越大，压强越大，所以物体下表面受到的压力很明显要大于物体上表面受到的压力，所以是F向上-F向下（理论推导）。

浮力的作用点称为浮心。浮心显然与所排开液体体积的形心重合。

产生浮力的原因，可用浸没在液体内的正立方体的物体来分析。该物体系全浸之物体，受到四面八方液体的压力，而且是随深度的增加而增大的。所以这个正立方体的前后、左右、上下六个面都受到液体的压力。因为作用在左右两个侧面上的力由于两侧面相对应，而且面积大小相等，又处于液体中相同的深度，所以两侧面上受到的压力大小相等，方向相反，两力彼此平衡。同理，作用在前后两个侧面上的压力也彼此平衡。但是上下两个面因为在液体中的深度不相同，所以受到的压强也不相等。上面的压强小，下面受到的压强大，下面受到向上的压力大于上面受到的向下的压力。液体对物体这个压力差，就是液体对物体的浮力。这个力等于被物体所排开的液体的重力。

当一个浮体的顶部界面接触不到液体时，则只有作用在底部界面向上的压力才会产生浮力。至于一个位于容器底面上的物体，这种现象并不多，因为只要其间有一层很薄的液膜，就能传递压强，底面就有向上的压力，物体上下表面有了压力差，物体就会受到浮力。

为什么把浮力原理叫做阿基米德原理呢？

公元前245年，赫农王命令阿基米德（Αρχιμήδης） 鉴定一个皇冠。赫农王给金匠一块金子让他做一顶纯金的皇冠。做好的皇冠尽管与先前的金子一样重，但国王还是怀疑金匠掺了白银。

他命令阿基米德鉴定皇冠是不是纯金的，但是不允许破坏皇冠。在当时这似乎是件不可能的事情。在浴室内，阿基米德注意到他的胳膊浮到了水面上。这时他脑中闪现出一丝模糊的想法。他把胳膊完全放进水中全身放松，这时胳膊又浮到水面上。

他站了起来，浴盆四周的水位下降；再坐下去时，浴盆中的水位又上升了。

他躺在浴盆中，水位则变得更高了，而他也感觉到自己变轻了。他站起来后，水位下降，他则感觉到自己重了。一定是水对身体产生向上的浮力才使得他感到自己轻了。

他把差不多一样大的石块和木块同时放入浴盆，浸入水中。石块下沉到水里，但是他能感觉到石块变轻了。而且，他必须要向下按着木块才能把它完全浸没水中。这表明在下沉的情况下，浮力与物体的排水量（物体体积）有关，而不与物体质量有关。相同质量下，物体在水中感觉有多重一定与它的密度（物体单位体积的质量）有关。

阿基米德惊喜地大叫：“Εύρηκα, εύρηκα!” 往家里奔去。

阿基米德找到了解决国王问题的方法，问题关键在于密度。如果皇冠里面含有白银，它的密度会不相同，在重量相等的情况下，这个皇冠的体积是不同的。

把皇冠和等重的金子放进水里，结果发现皇冠排出的水量比金子的大，这表明皇冠是掺白银的。

最重要的是，阿基米德发现了浮力原理，即水对物体的浮力等于物体所排出水的重力，也就是F浮=ρ液gV排。

希望我能帮助你解疑释惑。

参考思路：

浮力原理

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