气体和液体属于流体,具有浮力,而固体密度也很小,却没有浮力了。
常见的固体有:软木0.25、干木头约0.5~0.8、冰0.92、玻璃2.6、铝2.7、黄岗岩约3.0、铸铁约7.4、碳钢约7.85、铜8.9、银10.5、铅11.3、汞(水银)13.6、黄金19.32、铂21.4、铱22.56、锇22.59等。
以上密度都是以g/cm^3为单位,而且只是个大约数。我们从这些物质的密度,可以看出一般来说气态比液态密度小,液态比固态密度小,因此产生浮力的只有液态和气态物质。但也有例外。固态物质也有比液态物质密度小的,如软木和干木头等,因此这些固态物质可以浮在水面上。
固态物质虽然密度小于液态,但不具备浮力,因此所谓浮力只是在液态和气态的“专利”。
物体的密度受气压和温度影响。在一定压力下会让物质密度增加,而热涨冷缩也会让密度发生变化,因此对于上述如果是纯物质的密度,是指在0℃和一个标准海平面大气压下,也就是101325 N/^2,或101325Pa情况下的密度。
而且物质的密度一般是纯物质才能精确衡量,而现实中的物质有许多是化合物,并非某种纯元素组成,如花岗岩等,因此密度只是个大概了。
浮力浮力当然与物质密度有关,但并不完全取决于物质密度。比如钢铁造成的轮船,也能够漂浮在水面上,而潜艇则既可以钻入水中,又可以浮在水面上。其实人也一样,既可以潜泳,也可以仰泳。
教科书对浮力的解释是,浸在流体里的物体受到流体竖直向上的托力叫做浮力,因此,浮力是指在流体中,各方表面受到流体压力的差,也就是合力。再通俗地说,就是浮力大小等于该物体排开流体的重力。
浮力原理是阿基米德在公元245年创立的,定义为:F浮=G排,即浮力F等于物体下沉静止后排开液体的重力G。计算的公式为F=ρgV,这里的ρ表示密度;g为重力常数,约为9.8N/kg;V表示排开液体的体积,单位为m^3。
可能有些朋友对这些理论很难理解,再通俗地说,浮力的根源还是物质密度。钢铁的密度虽然比水大多了,但将一艘船的体积做大了,平均密度就远远小于水的密度了,这样当然就能够浮在水面了。
比如碳钢密度约为7.85g/cm^3,而水的密度只有1g/cm^3,这样将一个碳钢块丢入水中,当然就“扑通”一声沉底了。但如果把1kg碳钢做成1个立方米的密封箱子,其密度就变成0.001g/cm^3的密度了,比水轻了1000倍,还能不浮在水面?
而潜艇也是依据这种原理,通过将体积做大,密度就减小,才能浮在水面。但为了潜入海洋,潜艇都设有压水舱,只要在压水舱中装入海水,潜艇体积平均密度就变大,这样就会下沉了。压水舱装水多少,可以调节潜艇的深度,要上升就排水。
鱼儿的腹中有一个鳔,就是*鱼时看到肚子里的白色泡泡,里面可以盛装气体,气体比水的密度小多了,鱼儿就是依靠调节鱼鳔里的气体多少,改变整体体积的密度,从而实现水中上下浮动的,长期的进化让它们能够灵活的完成这种调节。