每经编辑｜陈继刚    

当地时间2025-11-02,mjwysadhwejkrbdsfjhbsdvf,水卜樱学生会长

浮力的“暗(an)道”：从(cong)经(jing)典原理(li)到生(sheng)活(huo)中的(de)“不动(dong)声声”

浮(fu)力，这个看(kan)似简单(dan)却(que)蕴含(han)无穷(qiong)魅力的物(wu)理现象，如(ru)同隐藏(cang)在水面之下(xia)的“暗道(dao)”，悄无声息(xi)地(di)影(ying)响着我(wo)们生活(huo)的(de)方(fang)方面(mian)面。当我(wo)们谈(tan)论浮力时，脑海(hai)中首(shou)先(xian)浮现的(de)往往是(shi)那(na)句耳(er)熟能详(xiang)的“阿基米德(de)原(yuan)理(li)”。没错(cuo)，这(zhe)位古(gu)希腊的(de)伟大(da)先(xian)哲，用他(ta)智(zhi)慧(hui)的火花(hua)，点(dian)亮(liang)了我(wo)们(men)对浮(fu)力最(zui)初(chu)的(de)认(ren)知(zhi)。

他发现，浸(jin)在液(ye)体(ti)中(zhong)的物(wu)体会(hui)受到一(yi)个向上(shang)的(de)力，这(zhe)个力的大小等(deng)于(yu)物体(ti)排开(kai)液(ye)体(ti)的(de)重(zhong)量。这(zhe)便是浮力的核(he)心奥秘，也(ye)是所有“浮(fu)力切(qie)换路线”的起(qi)点。

这看似简单的(de)原理，究竟是(shi)如(ru)何在现(xian)实(shi)世界(jie)中“切换(huan)”出(chu)如此(ci)多姿(zi)多(duo)彩(cai)的景(jing)象的呢？让我们先从(cong)最基础的(de)“沉浮”游(you)戏说(shuo)起(qi)。一块(kuai)铁(tie)沉(chen)入水(shui)中，而(er)一艘巨大的轮(lun)船(chuan)却能(neng)漂(piao)浮在(zai)海面上，这(zhe)其中的秘密，就(jiu)在于物体(ti)与液(ye)体的(de)密度(du)关系。简单(dan)来(lai)说(shuo)，如果(guo)一个物体(ti)的密(mi)度小于液(ye)体的(de)密度，它就会(hui)漂(piao)浮；反之(zhi)，如果它(ta)大于(yu)液(ye)体(ti)密度，它(ta)就(jiu)会下沉。

这就(jiu)像一场(chang)无声的较量，密度小的“轻(qing)盈”者(zhe)占据(ju)上风，而密(mi)度(du)大(da)的“沉重”者(zhe)则甘拜(bai)下风(feng)。

但是(shi)，浮(fu)力的“切换(huan)路线(xian)”并非(fei)总是(shi)如此(ci)直观。有时(shi)，即使物体的密(mi)度大(da)于(yu)液体，它(ta)也能凭(ping)借巧(qiao)妙(miao)的(de)设(she)计而获得(de)“浮”的(de)权利。这就(jiu)不得(de)不(bu)提“排(pai)水量”这(zhe)个(ge)概念(nian)。对于船(chuan)只而言，它的总重量(liang)是(shi)一(yi)定的(de)，但它的体(ti)积庞大，而且内(nei)部留(liu)有大量的(de)空气(qi)空间(jian)。这(zhe)样一来，虽然构成(cheng)船体的材料(liao)密度可(ke)能(neng)大(da)于水，但船(chuan)体整(zheng)体的平均(jun)密(mi)度却可以变得非(fei)常小，从而(er)能够排(pai)开足(zu)够(gou)多(duo)自(zi)身(shen)重量的(de)液体(ti)，实(shi)现(xian)漂浮(fu)。

这就像一个体(ti)重(zhong)很(hen)重的(de)人，如(ru)果穿(chuan)上(shang)救生衣(yi)，也能(neng)在水(shui)面上悠(you)然自得，道理(li)是相通的。

在(zai)日(ri)常生活中，我们(men)也能发(fa)现浮力“切换路(lu)线(xian)”的有(you)趣应(ying)用。比(bi)如，你(ni)有没有(you)留(liu)意(yi)过(guo)超市里(li)的密度(du)计？这种(zhong)利用浮(fu)力原理制(zhi)成的(de)仪(yi)器(qi)，可以通(tong)过(guo)测量液(ye)体在其(qi)中漂(piao)浮的(de)高度，来判(pan)断(duan)液(ye)体的密(mi)度(du)。从蜂蜜的(de)浓稠度到(dao)酒精的浓(nong)度(du)，密度计(ji)都能“一眼(yan)看穿”，这背后正是浮(fu)力在默默工作(zuo)。

它就像一位公(gong)正的裁判，根据(ju)物体(ti)与(yu)液体的(de)“亲密(mi)程(cheng)度(du)”（也就(jiu)是密度），判(pan)定它(ta)们谁(shui)能(neng)“站立”在(zai)表面。

再进一步(bu)，浮(fu)力在(zai)液(ye)体(ti)中的“切换”还会受(shou)到液体本身性(xing)质(zhi)的(de)影(ying)响。液体(ti)越“稠(chou)”，通常(chang)密(mi)度也越(yue)大，对(dui)物体(ti)的浮(fu)力也就(jiu)越(yue)大。想象一下，在(zai)一杯清(qing)水中放(fang)入一个硬(ying)币，它(ta)会迅(xun)速下(xia)沉；但(dan)在蜂(feng)蜜(mi)中，硬(ying)币的下(xia)沉(chen)速度(du)会(hui)明显(xian)变(bian)慢，甚至(zhi)在某(mou)些情(qing)况下，你可以通(tong)过调(diao)整(zheng)硬(ying)币的密度，让它(ta)在蜂蜜中缓(huan)慢漂浮(fu)。

这就(jiu)像在(zai)一条拥挤(ji)的“道(dao)路”上，你的前进(jin)速(su)度会被(bei)大大限(xian)制；而在(zai)一条畅(chang)通无(wu)阻(zu)的(de)“高速(su)公(gong)路”上(shang)，你可(ke)以(yi)自(zi)由驰(chi)骋。

当然，浮力的(de)“切换(huan)路(lu)线”并不(bu)仅(jin)仅(jin)局限于(yu)静(jing)态的(de)沉浮(fu)。当(dang)物体在液(ye)体中(zhong)运(yun)动时(shi)，液(ye)体还会(hui)对物(wu)体产生动态的(de)阻力，这也(ye)被纳入了更广(guang)阔的流体(ti)力(li)学(xue)范畴(chou)。但这已(yi)经是更深层(ceng)次的(de)探索了(le)，在(zai)最初(chu)的(de)“暗道(dao)”中(zhong)，我们(men)已经(jing)窥见(jian)了浮(fu)力是如何从一(yi)个(ge)简(jian)单(dan)的(de)物理原(yuan)理，在日(ri)常生(sheng)活中“切(qie)换(huan)”出如(ru)此多的精(jing)彩表(biao)现。

它让我(wo)们理解(jie)了(le)为何船只(zhi)不会(hui)沉没，为何密度(du)计能准(zhun)确测量，甚至在看似微不足(zu)道的(de)现象中，也能感(gan)受到(dao)物理学的(de)智慧。

浮力(li)的“阳(yang)关(guan)道”：从(cong)空(kong)中飞(fei)翔到深(shen)海探索的奇妙旅程

如(ru)果说浮力的“暗(an)道(dao)”主(zhu)要(yao)发生在(zai)液体(ti)之(zhi)中(zhong)，那么(me)浮力的(de)“阳(yang)关(guan)道(dao)”则将(jiang)我(wo)们(men)带入了(le)更(geng)为广(guang)阔(kuo)的(de)天地(di)——空气(qi)，甚至是(shi)真空。虽(sui)然我(wo)们通常将浮力与液(ye)体联系在(zai)一起，但只(zhi)要存(cun)在一种(zhong)介质(zhi)，并(bing)且该(gai)介(jie)质的密度与(yu)浸(jin)入其中(zhong)的物(wu)体存(cun)在差异，浮(fu)力就会应(ying)运而生。而(er)空(kong)气(qi)，作为我们赖以(yi)生存的(de)介(jie)质，同样也能产生浮(fu)力，只不过这(zhe)种(zhong)浮力相(xiang)比于液体(ti)中的(de)浮(fu)力，往(wang)往(wang)要(yao)小得(de)多。

我(wo)们最熟(shu)悉(xi)的利用空(kong)气(qi)浮(fu)力的(de)例子，莫过于(yu)热气(qi)球和(he)飞(fei)艇了。它们能(neng)够“飞”起(qi)来，并非因为拥(yong)有翅膀(bang)，而(er)是(shi)巧(qiao)妙地利用(yong)了空(kong)气浮力(li)的(de)“切换路线(xian)”。热气(qi)球内(nei)部的空(kong)气(qi)被加热后，其密(mi)度会(hui)变得比周(zhou)围冷(leng)的空(kong)气(qi)小，根(gen)据(ju)阿基(ji)米(mi)德原理(li)，热气球就受到(dao)了一个向(xiang)上的(de)浮力，这(zhe)个(ge)浮力足以(yi)抵消气球(qiu)本身的(de)重量，使(shi)其(qi)缓缓升(sheng)空。

而(er)飞艇则更(geng)进一(yi)步，它内部充(chong)满(man)了比空(kong)气密度小(xiao)的气(qi)体，如氦气或氢气(qi)。这些(xie)气体产(chan)生的浮力，让(rang)飞艇(ting)在空(kong)中“漂(piao)浮”，再(zai)配合推进器(qi)，便能实现定(ding)向(xiang)飞(fei)行。它们就(jiu)像巨大(da)的(de)、会飞(fei)的“船(chuan)”，在空气的(de)海洋(yang)中航(hang)行。

飞机(ji)，虽然其升空主要依靠(kao)机翼产(chan)生(sheng)的升(sheng)力，但(dan)空气浮力在其中也(ye)扮演(yan)着一(yi)个(ge)不容忽(hu)视的(de)角色。在飞(fei)机起飞和(he)飞行(xing)过程(cheng)中，飞机的(de)总(zong)重量(liang)需要被(bei)升力所抵消，而(er)空(kong)气浮(fu)力(li)作(zuo)为(wei)一(yi)种向(xiang)上(shang)的作(zuo)用力，也(ye)在一(yi)定(ding)程度上“减轻(qing)”了(le)飞机(ji)所(suo)需的升(sheng)力负(fu)担(dan)。虽(sui)然(ran)这(zhe)个负担(dan)减轻的(de)幅度相对较小，但在如此(ci)庞大(da)的(de)飞(fei)行器(qi)面前(qian)，任何(he)一点力量(liang)的(de)帮助都显得(de)弥足(zu)珍贵。

浮力(li)的(de)“阳关道(dao)”最令(ling)人惊(jing)叹的“切换(huan)”之一，无(wu)疑是深(shen)海潜水艇(ting)的出(chu)现。潜(qian)水(shui)艇(ting)能够在深(shen)邃的(de)海洋(yang)中自由(you)穿梭，其(qi)核心(xin)原(yuan)理仍(reng)然是浮(fu)力(li)的(de)巧妙(miao)运用(yong)。潜(qian)水艇通(tong)过改(gai)变自(zi)身的(de)“平均密(mi)度(du)”，来实(shi)现上(shang)浮和下潜。当(dang)潜水(shui)艇(ting)需(xu)要(yao)下潜时，它(ta)会向压(ya)载舱（ballasttank）注入海(hai)水，增加自(zi)身的(de)总(zong)重(zhong)量(liang)，从(cong)而(er)使(shi)平均密度(du)大(da)于(yu)水的(de)密度(du)，开始(shi)下(xia)沉。

反(fan)之(zhi)，当需(xu)要上浮(fu)时(shi)，则(ze)通(tong)过压(ya)缩(suo)空(kong)气(qi)将海水(shui)排(pai)出(chu)压载(zai)舱(cang)，减轻(qing)总(zong)重量，使平(ping)均密(mi)度小于水(shui)的(de)密度，依(yi)靠(kao)浮(fu)力上浮。这(zhe)就像一个(ge)能够(gou)在水(shui)中“呼(hu)吸(xi)”的生物，通过调节自身的(de)“重量”，来(lai)控(kong)制在(zai)水(shui)中(zhong)的位置(zhi)。

更进(jin)一步(bu)，现代科(ke)学(xue)还探(tan)索着(zhe)浮力在更(geng)多(duo)前(qian)沿(yan)领域的应(ying)用(yong)。例如，在微(wei)重(zhong)力(li)环境下，尽(jin)管重(zhong)力效应(ying)减(jian)弱，但(dan)物(wu)体(ti)在(zai)流(liu)体中的行为(wei)仍(reng)然会(hui)受到一定(ding)程度(du)的浮力影(ying)响，这对于(yu)太空(kong)实(shi)验和材料(liao)科(ke)学的研(yan)究(jiu)至关(guan)重要(yao)。一些科学家还在研(yan)究(jiu)利(li)用浮力来(lai)设(she)计(ji)新型(xing)的交(jiao)通工具，甚至探(tan)索在(zai)其他星(xing)球上(shang)，例如(ru)火星，利用其(qi)稀薄(bao)的(de)大气(qi)产生浮力进(jin)行探(tan)测的可(ke)能(neng)性。

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图片来源：每经记者 陈慧琳 摄

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