浮力是使船只和沙滩球漂浮在水面上的力。术语浮力是指流体（液体或气体）对部分或完全浸入流体中的物体施加的向上的力。浮力也解释了为什么我们在水下比在陆地上更容易举起物体。

主要收获：浮力

• 术语浮力是指流体对部分或完全浸入流体中的物体施加的向上的力。
• 浮力来自静水压差——由静态流体施加的压力。
• 阿基米德原理指出，作用在部分或全部浸没在流体中的物体上的浮力等于被物体置换的流体的重量。

尤里卡力矩：浮力的首次观测

据罗马建筑师维特鲁威（Vitruvius）所说，希腊数学家和哲学家阿基米德在公元前3世纪首次发现浮力，当时他正为锡拉丘兹国王希罗二世（King Hiero II of Syracuse）向他提出的一个问题而困惑。希罗国王怀疑他的金王冠是花环形状的，实际上不是纯金制成的，而是金和银的混合物。

据说，在洗澡时，阿基米德注意到他越是沉入浴缸，流出的水就越多。他意识到这就是解决他困境的办法，于是一边喊着“尤里卡！”（“我找到了！”）一边冲回家。然后，他制作了两件与王冠重量相同的物品——一金一银，并将每件物品都扔进一个装满水的容器中。

阿基米德观察到，银块比金块使更多的水流出容器。接下来，他观察到他的“金”王冠比他创造的纯金物品流出更多的水，尽管两个王冠的重量相同。因此，阿基米德证明他的王冠上确实有银。

虽然这个故事说明了浮力的原理，但它可能是一个传说。阿基米德从未亲自写过这个故事。此外，在实践中，如果确实用少量的银来交换黄金，那么被置换的水量将太小，无法可靠地测量。

在浮力被发现之前，人们认为物体的形状决定了它是否会漂浮。

浮力和静水压力

浮力来自静水压差——由静态流体施加的压力。在流体中放置在较高位置的球比放置在较低位置的球承受的压力更小。这是因为当球在液体中更深时，作用在球上的液体更多，因此重量也更多。

因此，物体顶部的压力比底部的压力小。可以使用公式“力=压力x面积”将压力转换为力。有一个向上的净力。这个净力——不管物体的形状如何，它都指向上方——就是浮力。

静水压力由P=rgh给出，其中r是流体的密度，g是重力引起的加速度，h是流体内部的深度。静水压力不取决于流体的形状。

阿基米德原理

阿基米德原理指出，作用在部分或全部浸没在流体中的物体上的浮力等于被物体置换的流体的重量。

这由公式F=rgV表示，其中r是流体的密度，g是重力引起的加速度，V是被物体置换的流体体积。只有当物体完全浸没在水中时，V才等于物体的体积。

浮力是一种向上的力，与重力的向下力相反。浮力的大小决定了物体在浸没在流体中时是下沉、漂浮还是上升。

• 如果作用在物体上的重力大于浮力，物体就会下沉。
• 如果作用在物体上的重力等于浮力，物体就会漂浮。
• 如果作用在物体上的重力小于浮力，物体就会上升。

从公式中还可以得出其他一些观察结果。

• 体积相等的水下物体将排出等量的流体，并承受相同大小的浮力，即使这些物体由不同的材料制成。但是，这些对象的重量不同，会浮动、上升或下沉。
• 空气的密度大约比水低800倍，其浮力比水小得多。

示例1：部分浸没的立方体

将体积为2.0 cm3的立方体浸入水中一半。立方体所受的浮力是多少？

• 我们知道F=rgV。
• r=水的密度=1000 kg/m3
• g=重力加速度=9.8 m/s2
• V=立方体体积的一半=1.0 cm3=1.0*10-6 m3
• 因此，F=1000 kg/m3*（9.8 m/s2）*10-6 m3=.0098（kg*m）/s2=.0098牛顿。

示例2：完全浸没的立方体

将体积为2.0 cm3的立方体完全浸入水中。立方体所受的浮力是多少？

• 我们知道F=rgV。
• r=水的密度=1000 kg/m3
• g=重力加速度=9.8 m/s2
• V=立方体的体积=2.0 cm3=2.0*10-6 m3
• 因此，F=1000 kg/m3*（9.8 m/s2）*2.0*10-6 m3=.0196（kg*m）/s2=.0196牛顿。

来源

• 比耶罗，大卫。“事实还是虚构？：阿基米德在《巴斯》中创造了‘尤里卡！’一词。《科学美国人》，2006年，https://www.scientificamerican.com/article/fact-or-fiction-archimede/.
• “密度、温度和Salinity”，夏威夷大学，https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/density-effects/density-temperature-and-salinity.
• 罗尔斯，克里斯。《金冠：导论》，纽约州立大学，https://www.math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Crown/CrownIntro.html。