浮体静力学(09)

静力学中的浮力与压强在我们的日常生活和科学研究中，静力学中的浮力与压强是两个非常重要的概念。

它们不仅存在于物理课本的理论知识中，更在我们周围的世界里发挥着关键作用，影响着各种现象和物体的行为。

首先，让我们来谈谈压强。

压强简单来说，就是单位面积上所受到的压力。

想象一下，你用手按压一个气球，如果用力越大，气球表面单位面积所承受的压力就越大，也就是压强越大。

压强的计算公式是 P ＝ F ／ S，其中 P 表示压强，F 表示压力，S 表示受力面积。

在实际生活中，压强有着广泛的应用。

比如，我们的鞋底通常都有花纹，这可不是为了好看，而是为了增加鞋底与地面的接触面积，从而减小压强，让我们行走时更加舒适稳定。

再比如，锋利的刀刃能够轻松切割物体，就是因为刀刃很薄，与物体接触的面积小，在相同的压力下产生的压强很大。

而浮力，则是物体在液体或气体中受到向上的托力。

当一个物体浸没在液体中时，它上下表面所受到的压力差就是浮力。

比如，将一个木块放入水中，木块会浮起来，这就是浮力在起作用。

浮力的大小与被物体排开的液体或气体的体积以及液体或气体的密度有关。

阿基米德原理告诉我们，浮力等于排开液体或气体所受到的重力，即 F 浮＝ρ 液 gV 排。

这里的ρ 液表示液体的密度，g 是重力加速度，V 排是物体排开液体的体积。

浮力在生活中的应用也随处可见。

轮船能够在大海上航行，就是因为它的空心结构使得排开海水的体积很大，从而产生了足够大的浮力来支撑轮船的重量。

潜水艇则通过改变自身的重量来实现上浮和下潜，当潜水艇要下潜时，它会往舱内注水，增加自身重量，使浮力小于重力；当要上浮时，它会排出舱内的水，减小自身重量，使浮力大于重力。

那么，压强和浮力之间又有什么关系呢？其实，它们在很多情况下是相互影响的。

比如，一个物体在液体中越深的位置，受到的液体压强就越大，同时它所受到的浮力并不会改变。

但如果物体的形状或位置发生变化，导致排开液体的体积改变，那么浮力也会相应改变。

浮体静力学课程设计目录Ⅰ.邦戎曲线计算 (4)Ⅱ.静力水曲线计算 (7)水线面面积Aw (7)漂心纵向坐标Xf (7)每厘米吃水吨数TPC (8)水线面系数 (8)排水体积V (8)排水量W(附体系数取1.006) (8)浮心纵向坐标 (8)浮心垂向坐标 (8)横稳心垂向坐标 (9)纵稳心垂向坐标 (9)每厘米纵倾力矩曲线 (9)方形系数 (9)Ⅲ.装载稳性计算 (16)浮态及初稳性 (16)静稳性曲线及动稳性曲线 (17)稳性校核 (20)课程设计中均采用如1-1图所示的空间直角坐标系：Ⅰ邦戎曲线计算（1）邦戎曲线概念：船体某一站号处横剖面（如下图所示），该横剖面自查船底到最高一层连续甲板在不同吃水下的横剖面面积。

（2）计算原理图Ⅰ-1表示某一横剖面曲线及不同吃水的半宽值，根据基本公式⎰⎰==dodzydz Moy ydz As ;2;0采用梯形法计算，在吃水d 时，横剖面面积为经过端点修正后的式中：0n 010y');y (y'21-y '''2++++=∑≈=∑⎰n o i idy y y y d ydz As δ半宽值（本次计算暂不考虑端点修正）；d δ为各水线等间距值。

横剖面面积As 对基线y O 轴的静距:)ny y (021-10'')(22n '00'20+⨯++⨯+⨯=≈=∑∑⎰ni i i iidny y y y k yk d zydz Moy 式中：δ用同样的方法分别计算1站，2站，3站，4站，5站，6站，7站，8站，9站，10站的横剖面面积以及对基线y O 轴的静距。

其数值总结如表Ⅰ-2所示:表Ι-2（2）绘制邦戎曲线图（3）把上述计算的结果AutoCAD绘制成邦戎曲线图。

为了使图纸美观和图纸长度的使用方便，对船长，型深，面积，面积距按不同比例绘制如下图：（4）Ⅱ 静力水曲线计算1.计算原理 （1）水线面面积Aw如图Ⅱ-1所示，⎰-=22LL ydx Aw ；式中：y 是离Oy 轴x 处的半宽；L 是水线长。

浮体静力学课程设计班级：姓名：学号：指导老师：目录Ⅰ.邦戎曲线计算 (5)Ⅱ.静力水曲线计算 (10)Ⅲ.装载稳性计算 (13)浮态及初稳性 (10)静稳性曲线及动稳性曲线 (12)稳性校核 (13)课程设计中均采用如1-1图所示的空间直角坐标系：Ⅰ 邦戎曲线计算（1）计算原理图Ⅰ-1表示某一横剖面曲线及不同吃水的半宽值，根据基本公式 ⎰⎰==do dzydz Moy ydz As ;2;0 采用梯形法计算，在吃水d 时，横剖面面积为经过端点修正后的式中：0n 010y');y (y'21-y '''2++++=∑≈=∑⎰no i idy y y y d ydz As δ半宽值（本次计算暂不考虑端点修正）；d δ为各水线等间距值。

横剖面面积As 对基线y O 轴的静距)ny y (021-10'')(22n '00'20+⨯++⨯+⨯=≈=∑∑⎰ni i i iidny y y y k yk d zydz Moy 式中：δ（2）计算过程（以0站为例）表Ⅰ-1 梯形法计算水线号y i/m(n-1)号到n 号 基线到n 号 k i k i×y i(n-1)号到n 号 基线到n 号 （Ⅰ） (Ⅱ)水线的∑´y i 水线的∑´y i(Ⅲ)(Ⅳ)=(Ⅱ)×(Ⅲ)水线的∑´k i y i 水线的∑´k i y i 0水线 0.00 0.00 0.00 0 0.00 0.00 0.00 0.25水线 0.00 0.00 0.00 0.25 0.00 0.00 0.00 0.50m 水线 0.00 0.00 0.00 0.50 0.00 0.00 0.00 0.75m 水线 0.00 0.00 0.00 0.75 0.00 0.00 0.00 1m 水线 0.00 0.00 0.00 1 0.00 0.00 0.00 2m 水线 0.00 0.00 0.00 2 0.00 0.00 0.00 3m 水线 0.00 0.00 0.00 3 0.00 0.00 0.00 4m 水线 0.00 0.00 0.00 4 0.00 0.00 0.00 5m 水线 1.35 0.67 0.67 5 6.73 3.37 3.37 6m 水线 3.27 2.31 2.98 6 19.61 13.17 16.54 7m 水线 4.22 3.75 6.73 7 29.56 24.59 41.12 8m 水线 4.85 4.54 11.26 8 38.82 34.19 75.32 9m 水线 5.29 5.07 16.34 9 47.64 43.23 118.55 10m 水线 5.58 5.44 21.77 10 55.8151.72170.27根据i y d As '2∑≈δ；i i y k d Moy ∑≈')(22δ可求出横剖面积以及对基线y O 轴的静距随吃水d 变化的数据。

大连理工大学船舶与海洋工程浮体静力学课程设计报告课程名称：院（系）：专业：班级：学号：学生姓名：年月日目录一静水力曲线-----------------------------------------------------------21 设计要求--------------------------------------------------------------------------------------22 计算原理------------------------------------------------------------------------------------- 23 原始数据------------------------------------------------------------------------------------- 54 计算过程和图表-----------------------------------------------------------------------------5二稳性横截曲线--------------------------------------------------------------------------------61 设计要求--------------------------------------------------------------------------------------62 计算原理------------------------------------------------------------------------------------- 63 原始数据--------------------------------------------------------------------------------------64 计算过程和图表----------------------------------------------------------------------------7三装载稳性计算----------------------------------------------------------------------------- 81 设计要求----------------------------------------------------------------------------------- 82 计算过程和图表--------------------------------------------------------------------------8一、静水力曲线计算部分1、设计要求：计算吃水：0.5m, 1.5m , 2m, 2.5m, 3.1m, 3.5m,4.0m 处的以下各要素，并绘出静水力曲线图。

静力学中的浮力与压强在我们的日常生活和科学研究中，静力学中的浮力与压强是两个非常重要的概念。

它们不仅存在于物理课本的理论知识中，更在我们身边的各种现象和实际应用中发挥着关键作用。

首先，咱们来聊聊浮力。

浮力指的是物体在流体（液体或气体）中受到的向上的力。

想象一下，把一块木头放进水里，它会浮起来，这就是浮力在起作用。

那么，浮力是怎么产生的呢？这得从流体的压强说起。

在流体中，深度越大，压强就越大。

当一个物体浸没在流体中时，它的上下表面所处的深度不同，因此受到的压强也不同。

下表面受到的压强大于上表面受到的压强，这种压强差就产生了一个向上的合力，这就是浮力。

阿基米德原理是描述浮力大小的重要定律。

它指出，浮力的大小等于物体排开流体的重力。

也就是说，如果一个物体排开了 10 牛顿重的水，那么它受到的浮力就是 10 牛顿。

这一原理在实际生活中有很多应用。

比如，轮船能够在水面上航行，就是因为它的空心结构使得排开的水的重力大于自身的重力，从而产生足够的浮力来支撑轮船的重量。

再来说说潜水艇。

潜水艇通过改变自身的重量来实现上浮和下沉。

当潜水艇要下沉时，它会往舱内注水，增加自身的重量，使得重力大于浮力，从而下沉；当要上浮时，它会把水排出舱外，减轻重量，让浮力大于重力，实现上浮。

浮力的应用还不止于此。

比如气球能在空中飘浮，也是因为气球内充满了密度比空气小的气体，从而受到了向上的浮力。

接下来，咱们谈谈压强。

压强是指物体单位面积上受到的压力。

它的计算公式是压强＝压力÷受力面积。

压强的单位是帕斯卡（Pa）。

在日常生活中，我们能感受到压强的例子有很多。

比如，我们用锋利的刀刃切东西会更容易，这是因为刀刃很薄，在相同的压力下，受力面积小，压强就大，更容易切开物体。

在液体中，压强的大小只与液体的深度和密度有关。

深度越深，液体压强越大；液体密度越大，压强也越大。

这也是为什么大坝的底部要建得比顶部厚，因为底部受到的液体压强更大，需要更厚的结构来承受。

液体静力学中的浮力原理与密度测量在日常生活中，我们经常会遇到液体的浮力原理和密度测量。

无论是游泳在水中还是使用液体浮标判断液体比重，我们都离不开这些基本原理。

一、浮力原理浮力是指平衡在液体或气体中所受的向上的力。

这是由于液体或气体对物体施加的压力不均匀，导致在物体表面形成一个向上的压力，从而使物体浮在液体或气体中。

浮力的大小取决于被浸入液体或气体中的物体的体积和液体（或气体）的密度。

例如，如果一个物体的密度小于液体的密度，则浮力将使物体浮起来；相反，如果一个物体的密度大于液体的密度，则重力将使物体下沉。

二、浮力原理的实际应用1. 船只浮力船只由于形状设计的特殊性，可以利用浮力原理实现在水上的浮动。

船体底部设计成宽且充沛的形状，使船只的密度小于水的密度，从而能够使得船体受到的浮力大于重力，使船只能够浮在水面上。

2. 游泳时的浮力原理当我们游泳时，身体在水中会受到一个向上的浮力。

这是由于我们身体的密度小于水的密度，水对我们身体施加的压力使得我们能够浮在水中。

游泳运动员通过调整姿势和呼吸的方式，可以更好地利用浮力，减少游泳时的阻力，提高速度。

三、密度测量浮力原理也可以用于密度的测量。

密度是指物体单位体积的质量。

浮力法是常用的测量物体密度的方法之一，其基本原理是根据浮力与物体密度和浸没物体的体积之间的关系来确定物体的密度。

浮力法的测量步骤如下：1. 首先，测量物体在空气中的重量，作为基准重量。

2. 然后，将物体完全浸入液体中，测量物体在液体中受到的浮力（即液体中物体的重量）。

3. 最后，根据测得的浮力和基准重量之间的差值，可以计算出物体在液体中受到的浮力，从而确定物体的密度。

浮力法测量密度的优点是简单、直观，适用于各种形状的物体。

但是也有一些限制，例如需要有专门的测量设备和一定的实验条件。

此外，由于液体与液体之间存在不同的浮力，因此在使用浮力法测量液体密度时，需要注意选择合适的液体。

总结起来，液体静力学中的浮力原理和密度测量是物理学中的基本概念和实验方法。

浮体静力学（一）课程设计目录1 静水力曲线计算 (1)1.1 计算原理 (1)1.2 计算过程 (3)1.3 计算结果 (4)2 稳性横截曲线计算 (5)2.1 计算原理 (5)2.2 计算过程 (6)2.3 计算结果 (9)3 稳性校核 (10)3.1 设计要求 (10)3.2 计算原理 (10)3.3 计算过程及结果 (10)静水力曲线插值 (10)根据静水力曲线及已知数据得到计算表格 (10)静稳性曲线及动稳性曲线 (11)稳性校核 (12)4 课程设计的收获 (14)1 静水力曲线计算1.1 计算原理采纳垂向沿吃水方向积分系统，利用梯形法列表计算。

（1）水线面面积w A222L L w A ydx -=⎰（2）漂心纵向坐标F x222L L oy M xydx -=⎰ oy F wM x A =（3）每厘米吃水吨数TPC100wA TPC ω=(31.025/t m ω=)（4）型排水体积∇0dw A dz ∇=⎰（5）总排水体积k ∇1.006k ∇=∇（6）总排水量∆k ω∆=∇（7）浮心纵向坐标B x0id yoz F w M x A dz =⎰yoz B M x =∇（8）浮心垂向坐标B z0id xoy w M zA dz =⎰xoy B M z =∇（9）横稳心纵向坐标BMTI BM =∇3221(2)12L L T I y dx -=⎰（10）纵稳心纵向坐标L BMLFL I BM =∇2222LL L I x ydx -=⎰2LF L w FI I A x =- （11）每厘米纵倾力矩MTC100LGM MTC L∆=近似写成：100LBM MTC L∆=（12）水线面系数wp Cwwp A C LB=（13）方形系数B CB C LBd∇=（14）棱形系数P CP M C A L∇=10站处02i d M A ydz =⎰（15）中横剖面系数M CMM A C Bd=1.2 计算进程面各项几何要素，要紧包括面积、面积矩、横向惯性矩、纵向惯性矩，这些数据通过计算处置后取得15条静水力曲线的具体数据。

静力学中的浮力与压强当我们把一块木头丢进水里，它会漂浮起来；而把一块石头扔进去，它却会沉下去。

这看似简单的现象背后，其实隐藏着静力学中浮力与压强的奥秘。

浮力，简单来说，就是物体在液体或气体中受到向上的力。

为什么会有浮力呢？这得从液体内部的压强说起。

液体内部的压强是随着深度的增加而增大的。

想象一下，一个立方体浸没在水中，它的上下表面所处的深度不同，下表面受到的压强大于上表面受到的压强。

由于压力等于压强乘以受力面积，所以下表面受到的压力就大于上表面受到的压力，这两个压力的差值就是浮力。

浮力的大小有一个重要的定律，那就是阿基米德原理。

阿基米德原理指出，物体受到的浮力等于它排开液体的重力。

比如说，一艘船在水中航行，它排开了大量的水，排开的水的重力就等于船受到的浮力，从而使船能够漂浮在水面上。

浮力在我们的日常生活中有很多应用。

比如游泳时，我们能浮在水面上，就是因为受到了浮力的作用。

潜水艇更是巧妙地利用了浮力的原理。

潜水艇通过改变自身的重量来控制沉浮。

当它要下潜时，就往舱内注水，增加重量，使重力大于浮力；当它要上浮时，就排出舱内的水，减轻重量，让浮力大于重力。

再来说说压强。

压强是指物体所受压力的大小与受力面积之比。

在液体中，压强的大小只与液体的深度和密度有关。

比如，在深海中，由于深度很大，压强也就非常大，这对深海生物和潜水设备都提出了很高的要求。

气体也会产生压强。

我们生活在大气中，却常常感觉不到大气压强的存在，但其实它一直在发挥着作用。

比如，我们用吸管喝饮料时，就是因为我们吸走了吸管内的空气，使得吸管内的压强减小，饮料在外界大气压的作用下被压进了吸管。

压强在生活中的应用也不少。

注射器就是利用了压强的原理。

当我们推动注射器的活塞时，注射器内的压强增大，从而将药液推出。

了解浮力和压强的知识，不仅能让我们更好地理解身边的许多现象，还能帮助我们解决实际问题。

比如在建造桥梁和水坝时，工程师们必须充分考虑水的压强对结构的影响，以确保建筑物的安全和稳定。