每经编辑｜陈鹏宇    

当地时间2025-10-30,男女生一起生产豆浆的声音

浮力：无处不在的水下“魔法”

想象一下，您是否曾好奇过，为何巨大的轮船能在水面上航行，而小小的石块却會沉入水底？為何潜水艇能够自由地在深海遨游，又为何热气球能轻盈地飘向天空？這一切的背后，都隐藏着一个共同的物理学原理——浮力。今天，我们将踏上一段奇妙的旅程，用“权威科普”的视角，为您详细解答、解释并落实浮力這一迷人的现象，带您發现属于“无限1”的无尽可能。

一、浮力的源头：阿基米德的智慧之光

故事要从古希腊的数学家阿基米德说起。传说，叙拉古国王希罗二世有一个纯金的王冠，他怀疑工匠在王冠中掺了银，却又无法破坏王冠来验证。苦思冥想之际，阿基米德在洗澡時，看到浴缸里的水溢出，突然灵光一闪，找到了解决之道。他发现，当物體浸入水中时，水会受到一个向上的托力，这个力的大小等于物體排开的水的重量。

这就是著名的“阿基米德原理”，也是浮力的核心所在。

简单来说，浮力就是液體（或氣体）对浸入其中的物體產生的向上的托力。這个力是如何產生的呢？我们可以从液体压强的角度来理解。当一个物体浸在液体中時，它会受到来自液体各个方向的压强。由于物體浸在液体中的深度不同，物體上表面受到的液体压强小于下表面受到的液体压强。

這种压强差就形成了一个向上的合力，这个合力就是浮力。

二、浮力的大小：排开液體的“重量游戏”

排开液体的体积：物體排开液體的體积，就是物體浸入液體部分的體积。物體浸入液體的部分越大，排开液体的体积就越大，所受到的浮力也就越大。液体的密度：液体本身的密度也至关重要。密度大的液体，在相同的体积下，其重力就越大。因此，在排开液體体积相同的情况下，密度大的液体產生的浮力更大。

我们可以用一个简单的公式来表示浮力的大小：$F{浮}=\rho{液}\cdotg\cdotV{排开}$，其中，$\rho{液}$是液体的密度，g是重力加速度（约為9.8N/kg），$V_{排開}$是物體排开液体的体积。

三、物體的浮沉：浮力与重力的“较量”

一个物體在液体中是漂浮、悬浮还是下沉，取决于它所受到的浮力和重力的大小关系：

漂浮：当物体受到的浮力大于重力时，物體会上浮。当物体最终漂浮在液面上时，物体受到的浮力等于其重力。此時，物体排开液体的体积小于其自身的体积。悬浮：当物体受到的浮力等于重力时，物体可以在液体的任何深度保持静止，这就是悬浮。此时，物體排開液體的體积等于其自身的体积。

下沉：当物体受到的浮力小于重力時，物体會下沉。此时，物体排开液体的体积小于其自身的体积。

這种浮沉状态，其实也与物體的密度和液體的密度有关。

当物體密度小于液體密度時：物体将漂浮。例如，木头放在水里會漂浮，因为木头的密度小于水的密度。当物体密度等于液体密度时：物體将悬浮。例如，一些鱼鳔的调整，可以讓鱼在水中悬浮。当物体密度大于液體密度時：物体将下沉。例如，石头丢进水里会下沉，因為石头的密度大于水的密度。

四、探索“无限1”：浮力在生活中的应用

浮力原理并非只存在于书本之中，它在我们身邊无处不在，也為我们提供了无限的想象空间。

巨大的轮船：轮船之所以能在大海上航行，并非因为它“轻”，而是因為它巨大的船体内部设计有大面积的空腔，使得船的整体平均密度小于水的密度，从而产生足够大的浮力。潜水艇的奥秘：潜水艇可以通过调节自身的水舱進水量来改变自身整體的平均密度，从而实现上浮、下潜或悬停。

当水舱進水时，潜水艇密度增大，下沉；当水舱排水時，潜水艇密度减小，上浮。漂浮的冰山：冰的密度比水小，所以冰山大部分会沉在水下，只有一小部分露出水面。热气球：热气球的原理与船类似，通过加热气球内的空气，使其密度变小，当内部空氣的密度加上氣球材料的重量小于外部空气的重量時，气球就會上升。

浮力，这个看似简单的物理现象，却蕴含着深刻的科学道理，它解释了自然界的诸多现象，也為人类的科技发展提供了源源不断的动力。在接下来的part2中，我们将继续深入探索“切换路線”，看看浮力如何帮助我们解锁更多水下世界的奥秘，以及那些我们尚未发现的“无限1”的可能性。

切换路线：从“无限1”到水下世界的无限可能

在part1中，我们已经对浮力的基本原理进行了详尽的阐述，了解了浮力是如何產生的，以及它的大小和物体的浮沉状态之间的关系。现在，我们将目光聚焦于“切换路线”，探讨浮力如何帮助我们实现更复杂的控制，从而解锁水下世界的无限可能，并进一步发现那些隐藏的“无限1”。

一、浮力控制：实现“切换路線”的关键

“切换路線”的核心在于对物體在液體中运动状态的主动控制，而实现這一目标，浮力控制无疑是重中之重。无论是潜水艇的精妙设计，还是水下機器人（ROV）的灵活操控，都离不开对浮力的精准運用。

潜水艇的“变身术”：潜水艇之所以能如鱼得水，其核心在于其“压载水舱”系统。通过向压载水舱充水或排水，潜水艇可以精确地调节自身的整體重量和排开水的体积，从而改变其浮力与重力的关系。

下潜：当潜水艇需要下潜时，會打開阀門，让海水排入压载水舱。增加的水量会使潜水艇的总重量增加，但由于其体积基本不变，排开水的体积也基本不变，因此浮力变化不大。当总重量大于浮力时，潜水艇便會下沉。上浮：当潜水艇需要上浮時，会通过压缩空气将压载水舱中的海水排出。

排出的海水减少了潜水艇的总重量，而排开水的体积基本不变，因此浮力大于总重量，潜水艇便會上浮。悬停：在特定深度保持静止，则需要将潜水艇的总重量调整到与其受到的浮力相等。這通过精细调节压载水舱中的水量来实现。

水下機器人（ROV）的“平衡術”：ROV通常设计有浮力材料，使其本身具有一定的正浮力，能够漂浮在水面或浅层。为了实现深潜和在水下作业，ROV會配备有“压载系统”，类似于潜水艇，通过调整重量来改变其浮沉状态。ROV还利用推进器来提供额外的动力，从而实现更精密的姿态控制和移动。

二、浮力在海洋探索中的“无限1”

浮力原理的深入理解和应用，为我们探索浩瀚的海洋提供了无限的可能，这些“无限1”體现在各个方面：

深海探测的“眼睛”：各种深海探测器、载人潜水器（如“奋斗者”号）的成功运行，都离不开对浮力的精妙控制。它们能够深入萬米深海，為我们传回珍贵的影像和数据，揭示地球上最后一片未知领域的奥秘。這些探测器本身往往设计有特殊的浮力材料，以确保其在深海中的稳定性和可控性。

水下考古的新篇章：浮力技術的发展，使得水下考古变得更加高效和安全。考古学家可以利用配备浮力装置的工具，在水下进行精细的發掘和搬運，从而完整地保护和研究沉船、古代遗址等珍贵的历史遗迹。

海洋生物研究的新视野：许多海洋生物研究需要对海洋生物進行追踪和观察。通过为海洋生物佩戴带有浮力调节功能的追踪器，研究人员可以更准确地了解它们的活动范围、迁徙路径以及行为模式，为海洋生态保护提供科学依据。

海洋資源开發的“新引擎”：随着人类对海洋资源的不断开发，浮力技术在海底矿产开采、海底管道铺设等工程领域發挥着越来越重要的作用。例如，利用浮力来提升海底设备，或是在水中构建临时的浮动平台，都离不开对浮力的精确计算和应用。

三、未来的“无限1”：浮力科技的无限畅想

随着科学技术的不断进步，我们对浮力的理解和应用也将更加深入，未来的“无限1”可能包括：

更高效的能量回收：探索利用浮力差或浮力变化来產生清洁能源的可能性。智能化的水下運输系统：发展能够根据环境变化自动调节浮力，实现高效、环保的水下运输工具。仿生浮力技術：借鉴海洋生物的浮力调节機制，设计出更具灵活性和适应性的水下装备。

人造浮力材料的突破：研发出更輕便、更坚固、更环保的新型浮力材料，为水下探索和開发提供更多可能。

浮力，这一古老而又充满活力的物理原理，正带领我们不断拓展对水下世界的认知边界。从最初的“无限1”的简单观察，到如今能够精确控制的“切换路线”，我们正一步步揭开海洋的神秘面纱，发现其中蕴藏的无限可能。這不仅仅是对物理定律的探索，更是对人类探索精神的赞颂，是对未来无限可能性的展望。

让我们继续保持好奇，拥抱科学，去发现更多属于“无限1”的精彩！

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图片来源：每经记者 陈建阳 摄

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封面图片来源：图片来源：每经记者 名称 摄