第3课时 浮力的利用
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《浮力的利用》讲义一、浮力的概念当物体浸在液体或气体中时,液体或气体对物体向上和向下的压力差,就是浮力。
浮力的方向总是竖直向上的。
浮力产生的原因可以从压力差的角度来理解。
以物体浸没在液体中为例,物体上表面受到的液体压力向下,而下表面受到的液体压力向上。
由于下表面所处的深度更大,液体压强也就更大,所以下表面受到的压力大于上表面受到的压力,这两个压力的差值就是浮力。
二、浮力的大小浮力的大小可以通过阿基米德原理来计算。
阿基米德原理指出:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。
其数学表达式为:F 浮= G 排=ρ 液 gV 排。
其中,ρ 液表示液体的密度,V 排表示物体排开液体的体积,g 是重力加速度,通常取98N/kg 。
例如,一个铁块完全浸没在水中,铁块的体积为 100cm³,则铁块排开水的体积也为 100cm³,即 00001m³。
水的密度为 1000kg/m³,根据阿基米德原理,铁块受到的浮力 F 浮= 1000kg/m³ × 98N/kg ×00001m³= 098N 。
三、浮力的利用(一)轮船轮船是利用浮力来工作的典型例子。
轮船采用了“空心”的办法,增大了可以排开液体的体积,从而增大了浮力。
轮船的大小通常用排水量来表示。
排水量是指轮船满载时排开水的质量。
例如,一艘轮船的排水量为 10000 吨,意味着它满载时排开水的质量为 10000 吨。
根据阿基米德原理,轮船满载时受到的浮力 F 浮= G 排= m 排 g 。
所以,这艘轮船满载时受到的浮力为 10000×1000kg×98N/kg =98×10^7N 。
(二)潜水艇潜水艇的工作原理则有所不同。
潜水艇通过改变自身的重力来实现上浮和下潜。
潜水艇有多个蓄水舱。
当潜水艇要下潜时,向蓄水舱中注水,使潜水艇的重力增大,当重力大于浮力时,潜水艇就会下沉;当潜水艇要上浮时,用压缩空气将蓄水舱中的水排出,使潜水艇的重力减小,当重力小于浮力时,潜水艇就会上浮。
知识点总结浮力的利用1. 船舶设计和造船浮力在船舶设计和造船中起着非常重要的作用。
在设计船舶时,工程师需要考虑船只的浮力和稳定性,以确保船只能够顺利地在水中航行。
船只的浮力通常由船体的形状和重量来决定。
在造船过程中,船只的吨位和排水量也需要经过严格的计算和测试,以确保船只能够获得足够的浮力来支持自身重量。
2. 水中运输浮力在水中运输中起着非常重要的作用。
船只、潜水艇和其他水下设备都依赖于浮力来保持其在水中的稳定和平衡。
此外,浮力还可以用来提供推进力,例如在潜水艇中利用浮力来控制深度和方向。
在水中运输中,浮力有助于减少船只的摩擦阻力,从而提高船只的速度和效率。
3. 水坝和水库在水坝和水库的建设中,浮力也扮演着重要的角色。
水坝通常用来控制河流的水位和防止洪水。
浮力的原理被用来支撑和稳定水坝的结构,以确保水坝能够承受水压和地震等外部力量的影响。
此外,浮力还可用来提供水坝所需的抗浮和抗倾覆能力。
4. 水下建筑和设施在水下建筑和设施的建设和维护中,浮力也起着至关重要的作用。
例如,在海底油田开发中,浮力被用来支撑和操纵海底生产设备和管道。
在水下修建桥梁、隧道和其他重要设施时,工程师需要考虑浮力对设施的影响,以确保设施能够在水下稳固地站立和运行。
5. 水上娱乐和运动在水上娱乐和运动中,浮力也被广泛应用。
例如,在游泳和潜水中,运动员依赖于浮力来支撑和平衡自己的身体。
浮力还被用来设计和制造救生设备和游泳辅助设备,以确保人们在水中得到适当的支撑和保护。
6. 水下探测和研究在水下探测和研究领域,浮力也扮演着非常重要的角色。
例如,在海洋科学研究中,科学家使用浮力来支撑和操纵潜水器和水下探测装备。
在水下考古和地质勘探中,浮力也被用来设计和制造浮力变化设备,以帮助科学家和研究人员获取更准确和全面的海底信息。
总之,浮力的利用和应用涉及到许多不同的领域和行业,包括船舶设计和造船、水中运输、水坝和水库建设、水下建筑和设施、水上娱乐和运动、水下探测和研究等。