浮力在生活中的应用有哪些:分场景说明
浮力在生活中的应用有哪些,主要分为液体浮力应用和气体浮力应用两大类,液体场景包含轮船、潜水艇、密度计、盐水选种、救生浮具,气体场景包含热气球、氦气球,全部依靠阿基米德原理,通过改变物体自重或排开流体体积控制浮沉;这类应用只适用于流体环境,固体环境无法产生浮力,高速流动的流体还会叠加流体压力,不能单纯依靠浮力计算浮沉状态。你可以根据物体是在水里还是空气中,快速判断浮力的作用方式,同时通过调整自重、体积、流体密度,改变上浮或者下沉的效果。
浮力在水中的生活应用
轮船采用钢铁空心结构,增大排开水的体积,以此获得足够浮力,船体漂浮时浮力等于总重力。轮船进入海水后,液体密度变大,排开水的体积会减小,船体略微上浮;内河航行时,水密度偏低,吃水深度会增加,装载货物时不能超过船身标注的载重吃水线,超出后有沉没风险。排水量是衡量轮船载货能力的指标,代表满载时排开水的质量。
潜水艇依靠水舱进水、排水改变自身重力,水舱注水,总重力大于浮力,潜艇下潜;水舱向外排水,总重力小于浮力,潜艇上浮。潜水艇的排开水体积基本保持不变,浮力大小相对稳定,它不能无限下潜,水深超过耐压壳承受极限,艇体结构会出现破损。
密度计是直接用来测量液体密度的工具,漂浮在液体中,浮力始终等于自身重力。液体密度越大,密度计浸入液体的深度越小,刻度自上而下数值增大。使用密度计时,要保证竖直悬浮,不要贴靠容器壁,否则读数偏差会明显变大。
盐水选种是农业上筛选饱满种子的方法,调配合适浓度盐水,干瘪空心种子平均密度小于盐水密度,依靠浮力浮在液面;饱满种子密度更大,沉入容器底部。盐水浓度需要控制,浓度过低,瘪种无法上浮;浓度过高,饱满种子也会漂浮,筛选效果变差。
救生圈、救生衣这类救生浮具,内部填充低密度材料,增大排开水的体积,提升浮力,落水后托举人体头部露出水面。救生浮具不能在湍急强水流场景稳定使用,水流冲击力会抵消一部分浮力,降低救生效果。
浮力在空气中的生活应用
热气球利用空气浮力升空,燃烧器加热球囊内部空气,内部空气密度降低,整体平均密度小于外部冷空气,浮力大于总重力就会上升;降低火焰温度,球内空气冷却,密度回升,浮力减小,热气球缓慢下降。热气球受风力影响较大,大风天气不适合起飞。
氦气球依靠氦气密度低于空气密度获得浮力,常温下不需要持续加热,能够稳定升空。氢气球不推荐日常使用,氢气易燃,遇到明火容易发生爆燃,国内民用升空气球大多改用氦气。
| 浮力应用物品 | 调控浮沉方式 | 适用流体 | 主要限制条件 |
|---|---|---|---|
| 轮船 | 改变排水体积,调整载重 | 水 | 不能超过额定吃水线 |
| 潜水艇 | 改变自身重力 | 水 | 存在最大下潜深度 |
| 热气球 | 改变内部气体温度 | 空气 | 大风环境难以操控 |
| 密度计 | 依靠液体密度变化改变浸入深度 | 各类液体 | 必须竖直放置测量 |
鱼在水中游动,借助鱼鳔充气、放气改变自身体积,调节浮力完成上浮与下沉,鱼鳔膨胀,排开水体积变大,浮力增加,鱼向上游动;鱼鳔收缩,体积变小,浮力下降,鱼向下潜入。
冰浮水面,也是浮力的常见现象,冰的密度小于液态水,冰块漂浮,大约九成体积浸没水下,只有小部分露出水面。
浮力只存在于流体内部。
