如何理解浮力的內部機理

Mondo 科學 更新 2024-02-21

教科書和相關科普書籍很少對浮力的內部機理進行深入的解釋,只從表面現象來解釋,其解釋方法主要有以下幾種:由於液體的特性,會產生壓力,而這種壓力會隨著深度的增加而增加,同時, 液體內部各個方向都有壓力。這意味著物體的下部底部將承受來自液體的更大向上壓力,而上部底部將受到來自液體的較小向下壓力。 這種壓力差表現為垂直向上的力,我們稱之為浮力。

這是由於分子之間的引力,分子在各個方向上都應該具有相同的壓力(如失重),但由於重力,氣體或液體的密度在重力方向上逐漸增加。 分子間引力也相應增加,當乙個物體被放置在其中時,每平方公尺下面的壓力自然大於上面的壓力。 所以物體有浮力。 物體上的壓力越大。 這就是為什麼水越深,水壓越大。 此外,由於分子之間的引力,水在物體上產生浮力。 這種浮力使物體漂浮在水面上而不是下沉。 這就是為什麼我們可以輕鬆地在水面上游泳或漂浮。

同樣的原理也適用於氣體。 在地球表面附近的大氣中,由於重力,空氣的密度和壓力隨著高度的增加而降低。 這也是飛機需要達到一定高度和速度才能起飛的原因。 因為只有在一定的高度和速度下,飛機的機翼才能產生足夠的公升力,使飛機離開地面並保持在空中。

上面對浮力的解釋並不切中要害,其實浮力是吸力和排斥力平衡的結果,宇宙中有四種基本力,這四種基本力的結合可以演化出多種力,包括:浮力、張力、應力和熱量,強力和弱力是微觀粒子的力, 而且這兩種力量的作用範圍很短。電磁力和引力是可以無限長的長程力,但引力使物質之間的空間距離更短,分子和原子的外層電子在非常接近時會出現相互排斥力。 因為萬有引力使相互作用物質的空間盡可能小,也就是說,地球表面物質在地球引力作用下的密度越大,萬有引力越大,越傾向於地心,那麼那些密度低的物質就會遠離地心, 就像密度較小的空氣會從液體表面溢位,或者球體的相對密度和佔據大空間的船也很小一樣,它會被液體表面分子外層的電子排斥排斥,並停留在液體表面, 或漂浮在空中。這是分子之間電磁力和重力的綜合作用,其中氣體和液體對放入其中的物體施加壓力和浮力。

綜上所述,浮力是吸力和排斥力平衡的結果,是由電磁力和重力四種基本力共同作用而產生的。 在地球表面,由於地球的引力,密度較大的物質將向地心移動,而密度較小的物質將遠離地核。 密度較小的物質,如空氣和水,在分子間電磁力和重力的共同作用下被抬公升到液體表面或漂浮在空氣中,這是浮力的原因。 同樣,放置在液體或氣體中的物體也受到浮力的影響,其大小等於物體在相反方向上排出的液體或氣體的重量。 這也是物體能夠懸浮或漂浮在液體或氣體中的原因。 總之,對浮力的理解需要從多個角度來考慮,包括物質的密度、分子之間的相互作用力、基本力的作用等等。 只有這樣,我們才能真正掌握浮力的本質和規律,並更好地將其應用到實際生產和生活中。

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