浮力一定是豎直向上嗎？

邢小麗 鄒 靜

(丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212309)

關(guān)于浮力，初中物理教材中的基本概念是：浸在液體(或氣體)中的物體受到液體(或氣體)向上托的力，叫作浮力.浮力的方向是豎直向上的，施力物體是液體(或氣體).漂浮在液面上的物體和完全浸沒(méi)在液體中的物體都叫浸在液體中的物體.

浮力產(chǎn)生的原因是浸在液體中的物體受到液體對(duì)它向上的壓力大于液體對(duì)它向下的壓力，液體對(duì)浸在其中的物體向上和向下壓力的合力(壓力差)就是液體對(duì)物體的浮力.浸在液體中的物體受到浮力的大小與物體浸在液體中的體積(排開(kāi)液體的體積)和液體的密度有關(guān).浮力的大小等于物體排開(kāi)的液體所受的重力.

初中的這些知識(shí)只談及靜止液體中的浮力，但物理教師卻給出了如下的題目.

例.木球和金屬球通過(guò)細(xì)線(xiàn)連接，懸浮在裝水的瓶中，如圖1所示，讓瓶子和水繞豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則平穩(wěn)時(shí)兩球的位置可能是

圖1

該題的參考答案是(B).

在這道題中水(液體)不再是靜止的.那么在旋轉(zhuǎn)液體(或加速運(yùn)動(dòng))中物體受到的浮力是怎樣的呢？下面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行探究.

1 器材制作

器材制作見(jiàn)圖2.將吊扇倒置于木板上作旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，在其上固定一厚8 mm的有機(jī)玻璃圓盤(pán)(中間開(kāi)孔)，有機(jī)玻璃圓盤(pán)上面固定有圓的鋁合金邊框.水桶卡在圓的鋁合金邊框內(nèi)，水桶中上浮的是小木球(或小木塊)，下面用細(xì)線(xiàn)掛一小金屬球.這樣器材就制作好了.

圖2

2 探究結(jié)果

探究結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4.水桶勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在圖3中，上面的小木球向中心軸靠攏，而下面的金屬小球則貼到了水桶的邊上.在圖4中，上面的小木塊上表面與水渦弧面的切線(xiàn)基本平行，而下面的金屬小球仍貼到了水桶的邊上.

圖3

圖4

3 結(jié)果分析

液體在旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體表面會(huì)產(chǎn)生中間低，邊上高的拋物線(xiàn)液面.浸在液體中的物體的兩個(gè)側(cè)面就會(huì)產(chǎn)生壓力差，形成一水平方向的浮力，此浮力與豎直方向的浮力共同作用于物體，其合力(合成浮力)方向與拋物線(xiàn)液面的切線(xiàn)垂直.由于小木球(或小木塊)密度小于液體(水)的密度，小木球(或小木塊)在水平方向上的浮力大于其慣性力，因此小木球(或小木塊)在水平方向上的浮力作用下向中心軸靠攏，而金屬小球的密度大于液體(水)的密度，因此金屬小球在水平方向上的浮力小于其慣性力，因此金屬小球在水平方向上的慣性力作用下貼上了桶壁.

綜上分析，我們可以看到，在靜止液體中，浸在液體中物體所受的浮力是豎直向上的，而在運(yùn)動(dòng)的液體中，浸在液體中物體所受的浮力就不一定是豎直向上，但物體所受浮力的方向一定是和液面垂直的.