[原创]舰艇运动浮力方程 中国人原创的重大物理方程 – 铁血网

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运动浮力方程

赵雪飞

水面上的所有船只的航行都是沿着水平面作水平运动的,水下的潜艇主要也是在水下作与水平面平行的水平运动的。因此说,水面上的船只和水下的潜艇作水平运动,都属于流体的平面运动问题,故水面上的船只和水下的潜艇的流体受力情况可以用流体平面动力学方程(即流体平动方程)来解决。流体平面动力学方程p+ρv2/2=常量说明流体的流速和压强之间构成抛物线的数学关系,流体的流速增大会使压强减小,流体的流速减小会使压强增大。

潜艇的形状是左右对称的,除了潜艇上部较小的指挥塔台外,潜艇的形状也是上下对称的。因此,我们可以用一个悬浮在水中的理想化的长方体来代替潜艇进行受力分析。设该长方体沿着长度方向以速度v匀速地在水下进行水平运动,该长方体的上、下表面的面积都为S,长方体的质量为m ,体积为V,长方体的上表面在该深度静止时受到的水的压强为P,长方体的下表面在该深度静止时受到的水的压强为P。当该长方体与流体之间的关系处于静止时,该长方体受到水的浮力等于物体的重力,即ρgV = mg ,或者有下列关系:

F静浮=PP·S= mg 。由流体平面动力学方程可知,流体的流速增大会使流体压强减小。流体因流速增大而使流体压强减小为原来的r倍,我们把r称为运动压强系数,简称为动压强系数,0r1 。例如,流体静止时压强为P,流体以一定速度运动时压强为0.9P,那么r=0.9 。动压强系数r是一组常数,具体数值可以通过测试流体的流速与压强关系来建立一个数据列表,后人只需查询该动压强系数的数据列表,就可知道r数值,直接用来进行计算了。因此说,流体的压强有动压强(运动压强简称动压)和静压强(静压)之分。

当该长方体沿着长度方向以速度v匀速地在水下进行水平运动时,长方体的上表面在该深度静止时受到的水的压强为r·P,长方体的下表面在该深度静止时受到的水的压强为r·P;所以,该运动的长方体受到的水的浮力F动浮为:

F动浮= r·PS r·PS =r·PP·S = r·mg=r·ρgV = r·F静浮

这就是悬浮在水中的运动物体的运动浮力方程。由上述关系可知,悬浮在水中的物体(如潜艇)如果以较高速度运动,那么该物体所受的水的浮力将会下降,浮力数值降为r·F静浮。像潜艇之类的水中的悬浮物体的排水体积是固定的,无法再改变了,人们只能通过改变潜艇的重量,即通过增加或减少潜艇中压舱水的重量来改变潜艇的重力,来控制潜艇的上升、下降、悬浮的运动状态。因此说,潜艇在水下作高速水平运动时,引起流体的动压强下降,会造成潜艇受到水的浮力下降,重力和浮力的合力向下,这会使潜艇在重力的净作用下作下沉运动;此时,就需要及时将潜艇中的压舱水排出一些,以减轻潜艇自重,使潜艇的浮力和重力重新达成新的平衡;此后,潜艇就可以一直保持该速度在水下作水平运动了。如果潜艇在此速度基础上继续加速运动,那么潜艇受到的浮力就会进一步下降,潜艇就会又要作下沉运动,此时,需要将潜艇中的压舱水再排出一些,以减轻潜艇自重,使潜艇的浮力和重力重新达成新的平衡;如果潜艇在此速度基础上作减速运动,那么潜艇受到的浮力就会上升,潜艇就会在浮力作用下作上升运动,此时,需要将潜艇中的压舱水增加一些,以增加潜艇自重,使潜艇的浮力和重力重新达成新的平衡。

物体的密度与水的密度相等时,该物体就会悬浮在静止的水中。当水体因为各种原因快速流动时,该物体也就会随着水流一起运动;这样,水流的运动使水的压强下降,该物体受到水流的浮力也就下降为r·ρgV ,而该物体的重力是不变的;所以该物体一边随水流向前运动,一边在重力作用下作下沉运动,物体运动轨迹是沿抛物线向下运动,物体最终会撞向河底(水底、管底),物体要么被水底反弹,要么陷入水底淤泥中;物体使水底的泥沙被冲撞搅起而进入水中,大量泥沙在水中呈现悬浮状态,形成泥水混合物。水的密度和悬浮物体的密度相等,水本身也是由无数水分子构成的一种液态物体,故水体可以等同于悬浮物体,即可以把水看成是水中的悬浮物体,水(液态)可以悬浮自身。水流在运动时使水的压强下降,下层水对上层水的支持力(运动浮力)下降为r·mg,而水的重力mg没有变化,水在重力作用下就会一边向前运动,一边在重力作用下作下沉运动,水的运动轨迹是沿抛物线向下运动,形成了水的下降流;下降流的水最终会撞向河底,使水底的泥沙被冲撞搅起而进入水中,大量泥沙在水中呈现悬浮状态,形成泥水混合物;撞向河底的水在河底的反作用力作用下向上反弹,具有一定的向上运动速度,水一边向前运动一边上升运动,水的运动轨迹是沿抛物线向上运动,形成水的上升流;当然,物体和水的上述撞击、反弹运动都要消耗运动水流的一定能量;这样,在运动的水流中,水的下降流和上升流大体处于平衡状态,这就形成了运动水流的上下垂直对流,表现为运动水流的上下翻滚,增大了水流对河底的冲刷力,使运动的河水比较浑浊。人们可以利用运动水流对河底的冲刷力的这个特点来冲刷河道中淤积的泥沙。

对于运动的空气(气流)来说,空气(气流)因为运动而使压强降低,下层气流对上层气流的支持力下降为r·mg,而气流的重力mg没有变化,这样气流就在重力作用下一边作下沉运动,同时气流一边向前运动,形成下降流,气流的运动轨迹也是接近于抛物线的;同样气流的下降流触碰到地面(管底)后,被反弹上升,气流一边作上升运动,气流一边向前运动,形成上升流,气流的运动轨迹也是接近于抛物线。因而,地球上的大气系统刮大风时,大风(运动气流)都是在重力作用下下降至地面附近,大风都是贴着地面刮的。纯粹的高空大风不多见,更不能持久;因为高空即使形成了初始的大风,大风使下层气流对上层气流的支持力下降,而气流的重力没有变化,这样气流就在重力作用下一边作下沉运动,一边向前运动,形成下降流下沉至地面附近,这样高空的大风就逐渐地下沉而最终转变成地面的大风了,增大了对地面环境的破坏力。

运动流体的下降流在被水底(管底)反弹后,会获得一个斜向上(斜前方)的速度,该运动流体受到的方向向下的合力mgr·mg 作用,故反弹的运动流体的运动轨迹是抛物线。这就如同人们斜向上抛出一个物体,物体获得了一个斜向上的速度,物体同时受到方向向下的重力作用,该物体的运动轨迹是抛物线。对于粘性很低的流体(无粘流体)来说,流体内部的摩擦阻力很小,可以忽略;运动流体受到的方向向下的合力mgr·mg,该合力产生的方向向下的加速度为:(mgr·mg/m =1rg ,该(1rg的向下的加速度使流体产生下沉运动的下降流。流体的运动速度越小,动压强系数r的数值就越大(越接近于1),流体向下的加速度(1rg的数值就越小,流体作下沉运动的能力就越弱;反之,流体的运动速度越大,动压强系数r的数值就越小,流体向下的加速度(1rg的数值就越大,流体作下沉运动的能力就越强;

总而言之,所有的水平运动流体都有在重力作用下作下沉运动的倾向,流体的运动轨迹趋向于抛物线;运动水流(液态)会下沉而冲刷河底,运动气流(大风)会下沉至地面而增大了对地面环境的破坏力。当然,水平运动流体都有在重力作用下作下沉运动,也会受到流体内部的摩擦阻力作用,方向向上的摩擦阻力会降低运动流体的下沉速度。粘度越大的流体,其流体内部的摩擦阻力就越大,就会明显降低运动流体的下沉速度;相反,粘度越小的流体,其流体内部的摩擦阻力就越小,运动流体下沉速度的减小程度就较小。对于同一种流体来说,运动流体下沉速度越快受到的流体内部的摩擦阻力就越大,运动流体下沉速度越慢受到的流体内部的摩擦阻力就越小。即便有流体内部的摩擦阻力(粘度)存在,水平运动流体都有在重力作用下作下沉运动的倾向,流体的运动轨迹趋向于抛物线。

水平运动的流体在重力作用下产生下降流,流体的运动轨迹是抛物线,下降流被水底(管底)反弹后的运动轨迹也是抛物线;这样,在水平运动流体中取一个体积无限小的体积元流体(体积元流体也可以看成是质点流体),该体积元流体(质点流体)的实际运动轨迹就是一个抛物线之后又是一个抛物线,如此反复,永远都是不停作抛物线运动;当然,由于该体积元流体在不同的地方具有的流体运动能量不一样,故抛物线的形状和大小可以不一样。因此说,水平运动流体中的体积元流体的实际运动轨迹就如同不停地重复做“蛙跳”运动一样,体积元流体能量足的时候“蛙跳”的步伐就大些,能量不足的时候“蛙跳”的步伐就小些。水平运动流体整体的实际运动轨迹就是将这无限多个体积元流体(质点流体)的“蛙跳”式的运动轨迹的叠加;这样,当水平运动流体在流速较低时,体积元流体受到的向下的合力mgr·mg比较小,体积元流体(质点流体)受到向下的较小的加速度(1rg作用,流体的下沉运动不太明显,故流体实际运动轨迹仍然表现为接近于水平运动,这就是层流;当水平运动流体在流速较高时,流体受到的向下的合力mgr·mg比较大,体积元流体(质点流体)受到向下的较大的加速度(1rg作用,使流体产生下沉运动的下降流,流体的下沉运动就比较明显了,流体实际运动轨迹表现为在作水平运动的同时也在作垂直运动,这就是湍流。

海流(洋流)也是在运动浮力作用下的运动,具有抛物线的运动特征。海水是很深的,海水分层,上层的流动海水在重力作用下作抛物线运动,造成上层海水的下降流斜向前撞击下层海水,于是推动下层海水也向前运动,上层海水的运动带动了下沉海水的运动。风吹动上层海水运动,上层海水通过撞击和摩擦带动下层海水运动。

流体力学中常把管道半径用r表示,此时运动流体的动压强系数就用r来表示,以示两者区分。流体力学中有一个重要概念“雷诺数”Re Re=dvρ/μ该式中d 表示管径,v表示流体流速,ρ表示流体密度,μ表示粘度。当Re2000时,管道中流体处于层流区;当2000Re4000时,管道中流体处于不稳定状态,属于过渡区;Re4000时,管道中流体处于湍流区。这就是说,雷诺数Re越大,流体越容易进入湍流区。湍流区中的流体既有水平运动,也有垂直运动。雷诺数Re的大小与管径成正比,管径越大,雷诺数Re越大;反之亦然。雷诺数的概念是从数学计算和实验结论中总结出来的,人们对雷诺数Re中的各个要素的物理含义并不十分清楚。雷诺数与运动浮力有关,故必须从运动浮力理论上来研究雷诺数。

我可以用运动浮力理论来充分解释流体力学中雷诺数Re中的各个要素的物理含义。对于管道中的运动流体来说,流体的运动速度越快,运动流体的动压强系数r就越大,流体受到的向下的合力mgr·mg就比较大,体积元流体受到向下的较大的加速度(1rg作用,流体的下沉运动就比较明显了;反之亦然;故雷诺数Re与流速成正比。对于管道中的运动流体来说,流体的密度越大,流体的质量和重量就越大,流体受到的向下的合力mgr·mg就比较大,流体的内摩擦阻力就不易对抗向下的合力,流体的下沉运动就比较明显了;反之亦然;故雷诺数Re与密度成正比。当管道中的流体静止时,管底对流体的支持力等于流体的重量;当管道中的流体运动时,管底对流体的支持力等于运动流体对管底的压力r·mg,管底对流体的支持力r·mg小于流体的重量。对于管道中的运动流体来说,管道的管径越大,管道中上层的流体离管底的距离就越远,受到向上的流体内摩擦力就相对较小,管道中上层的流体作下沉运动的能力就较强;相反,管道的管径越小,管道中上层的流体离管底的距离就越近,受到向上的流体内摩擦力就相对较大,管道下层的流体的下沉运动受到管底的阻挡,受到向上的流体内摩擦力就较大,即流体离管底的距离越近受到的流体内摩擦阻力就越大,流体下沉运动被管底反弹为斜向上的运动,反弹向上运动的质点流体与向下作下沉运动的质点流体相碰撞后,也会阻碍质点流体的下沉运动,上述诸原因最后使小管径的管道中上层的流体作下沉运动的能力受到削弱;故雷诺数Re与管径成正比。对于管道中的运动流体来说,流体的粘度越大,运动流体作下沉运动时受到的向上的流体内摩擦阻力就越大,运动流体作下沉运动就会受到较大抑制;相反,流体的粘度越小,运动流体作下沉运动时受到的向上的流体内摩擦阻力就越小,运动流体作下沉运动就会受到较小抑制;故雷诺数Re与粘度成反比。这样,通过上述的运动浮力理论对流速、管径、密度、粘度的详细分析,就可以在理论上得到雷诺数Re的数学表示式Re=d vρ/μ

总之,雷诺数Re的物理意义实际上就是表示运动流体作垂直运动能力大小的衡量指标。运动流体作垂直运动能力越大,越表现为湍流,雷诺数Re就越大;运动流体作垂直运动能力越小,越表现为层流,雷诺数Re就越小。

对于管道中的运动流体来说,流体受到管壁四周的摩擦阻力作用,流体都具有一定的粘性(粘度),流体速度是梯度分布的;故靠近管壁的流体流速较低,而远离管壁的流体流速较高。这样,管道的中心轴线上的流体的流速最高,动压强系数r的数值最小;而靠近管壁的流体流速最小,动压强系数r的数值相对较大;管道的中心轴线上的体积元流体受到的合力mgr·mg比较大,该体积元流体受到向下的加速度(1rg也比较大,向下作下沉运动的能力最强;而靠近管壁的体积元流体受到的合力mgr·mg比较小,该体积元流体受到向下的加速度(1rg也比较小,向下作下沉运动的能力最弱。所以,对于管道中的运动流体来说,管道的中心轴线上的体积元流体的运动能力最为活跃,不但其作水平运动的流速最大,而且作下沉运动的能力也最强。

流体力学中有个当量直径的概念,当量直径=4倍的流通截面积/润湿周边长度。河流的截面形状是梯形或矩形。河流中的水只有底部和侧面是“管壁”,属于润湿周边;而河流的上面是敞开的,水与空气接触,不属于润湿周边。因此,河流(湖泊、海洋)中的水的润湿周边长度要相应尺寸的梯形或矩形管道的润湿周边长度,这样,河流(湖泊、海洋)的当量直径就比较大,大于相应尺寸的梯形或矩形管道的当量直径。管道直径越大,水(流体)的作抛物线下沉运动的能力就越大。因此说,河流(湖泊、海洋)中的水作抛物线下沉运动的能力较大,水对河底的冲刷能力也较大,水的流速也可以更快,大于相应尺寸的梯形或矩形管道中的水作抛物线下沉运动的能力。

因此说,流体力学中的“层流”概念只是一种近似的理想化的假设,在流体力学中只要流体具有运动速度,就会同时具有液态的下降流和上升流,两者处于平衡状态,流体力学中不存在绝对化的“层流”(层流是指只有液体的水平运动,而没有液体的垂直运动)。当流体的流速比较低时,流体的垂直对流运动虽然存在,但是不太明显,故可以忽略流体的垂直对流运动,只把流体看成是具有水平运动的层流。层流和湍流都是既有水平运动,又有垂直运动,区别仅仅只是程度不一样而已。对层流概念的深入质疑,使流体力学不再仅仅拘泥于过去的经验,而走向真正的理论化。

水面上的船只是漂浮在水面上的,为了准确地推导水面上的船只在运动中受到的浮力,我们用漂浮在水面上的长方体的木块来代替水面船只,说明其在运动中受到的浮力。设该长方体沿着长度方向以速度v匀速地在水面上进行水平运动,该长方体的上、下表面的面积都为S,长方体的质量为m ,长方体的上表面在在水面之上,故受到的水的压强为0,长方体的下表面在静止时受到的水的压强为P;该长方体在静止时的排水体积为V,该长方体在运动时的排水体积为V。当该长方体与流体之间的关系处于静止时,该长方体受到水的浮力等于物体的重力,即ρgV = mg ,或者有F静浮=P·S= mg 。当该长方体沿着长度方向以速度v匀速地在水面上进行水平运动时,长方体的下表面在该深度运动时受到的水的压强为r·P,即长方体(船只)下部受到水的压强下降,长方体(船只)受到水的浮力也就下降了;于是,长方体(船只)在重力作用下就会恰好下沉至运动压强数值为P(计算方法为:r·P/ r = P)处的吃水深度,通过增大物体的排水体积V来增大浮力,最终使浮力等于重力,形成运动中新的力学平衡。所以,该运动的长方体(船只)通过调整吃水深度(即V)的方法,在形成新的力学平衡后,受到的水的浮力F动浮为: F动浮=PS = mg=ρgV= F静浮

船只从静止加速至速度为v,然后匀速地在水面上进行水平运动,假设船只的吃水深度在到达速度v后才增大;当船只的速度刚到速度v时,吃水深度尚未变化,此时因为水的运动速度增至v而使船底处的水的压强下降为r·P,船只受到水的浮力也下降了,浮力减小为r·PS ;这样,对船只的重力和浮力求合力,船只就会受到向下的合力(mgr·PS)作用,使船只出现适度下沉,船只的吃水深度增大,船只的排水体积增大,船只的排水体积增大了(VV),船只的浮力又增加了ρgVV),船只新增的浮力正好等于船只受到的向下的合力,从而使运动的船只的浮力和重力之间形成新的平衡。这就是说水面运动船只的浮力增量等于重力增量,形成新的力学平衡。于是存在下列物理关系等式,即运动浮力公式为:

ρgVV=mgr·PS

②可知:PS = mg

③也可表示成:ρgVV=1r·mg

③也可表示成:ρgVV=1r·PS

②可知:mg=ρg V

④也可表示成:ρgV=2r·mg

⑥也可表示成:ρgV=2r·ρgV

⑦式可简化为:V=2r·V

由公式求得的水面漂浮的运动物体的运动浮力为(2r·ρgV水面漂浮的运动物体的运动浮力方程是在机械能守恒定律的作用下,流体的静压能转换成了动能,使水的静压力变小,从而导致水面船只的排水体积变大。

水面船只的尾部后面虽然存在一定程度的真空,对船只的前进具有一定的阻力;但是由于船尾后部的面积占船只水下总面积的比重较小,故可忽略船只的尾部后面的低密度水体对船只浮力的影响。水面船只的前部由于具有倾斜角度,故水的阻力会对船只前部产生一个向上的升力作用,船只前部的升力也弥补和抵消了船只尾部因低密度水体而导致后部浮力不足的问题。因而,从总体上来讲,我们可以把船只航行时水的密度看成是一个常数,当然这个水的密度(比重)可能要略微小于1

通过上述的水面船只的运动浮力方程可知,船只在运动时在船底该深度运动时受到的水的压强为r·P,即船只下部受到水的压强下降,船只受到水的浮力也就下降了;船只在重力作用下就会恰好下沉至运动压强数值为P处的吃水深度,通过增大物体的排水体积V来增大浮力,最终使浮力等于重力,从而形成新的力学平衡。所以,船只通过调整吃水深度(即V)的方法,来形成运动中的新的力学平衡。因此说,船只装载的货物不能过多,装载过多货物的船只不能作高速航行;因为船只的航速越快,船底下水的压强就下降得越大,船只的浮力就会减小,船只在重力作用下就会加大吃水深度,以通过增大排水体积的方法来增大浮力,使浮力重新等于重力;装载过多货物的船只因航速快再进一步增大吃水深度,再加上外界风浪和水流的影响,这对于装载过多船只的安全来说就比较危险了。船只的最大装载量一定要预留安全系数,要充分考虑船只在高速运动中吃水深度增大(即排水体积增加为V)的情况。

上述公式中流体的速度是指流体和船只之间的相对速度。如果水流的速度是u,而船只相对于岸边的速度是v ,且船只航行方向和水流方向相反,那么流体和船只之间的相对速度就应是uv 。如果水流的速度是u,而船只相对于岸边的速度是v ,且船只航行方向和水流方向相同,那么流体和船只之间的相对速度就应是vu

因此说,海洋上的满载船只在遇到大风浪时,要尽量以较低的速度航行,而且最好是航行方向顺着大风浪的方向,这样可以最大化地增大海水对满载船只的浮力,有利于保障船只安全。西方人主张船只要逆着大风浪方向航行的做法是不科学、不合理的,没有顺着大风浪的方向航行更科学、更合理。betway威官网app人自古就认为行船时最好是“顺风顺水”,这样既非常吉祥和省力,又能保证行船的快速和安全。betway威官网app古人的航海经验是科学合理的,betway威官网app古代的航海技术是当时世界一流的,远远领先于当时西方的航海技术。

人体的密度略小于水的密度,人在流速较快的深水中游泳,水流较快会降低水对人体的浮力,会使人体露出水面的部分更小;此外,流速较快的水流的冲击力很大,水对人体较小的浮力远不足以对抗水流巨大的冲击力,故人在流速较快的深水中很容易发生溺水事故。如果人们不幸调入很深的湍急水流中,最好尽量顺着水流方向游向最近的岸边来脱险,因为这样可以尽量增大水流对人体的浮力。许多不会游泳的不慎掉入深水中,会本能地在水中胡乱地挣扎(如双手在上面作呼救状摇摆),入水者在水中越是胡乱地挣扎,胡乱运动会使水流的压强变小,会使水对入水者的浮力下降,入水者反而会很快沉入深水中。人体的密度略小于水,按照物理常识,只要落水者不过度惊恐,不胡乱地挣扎,而是有规律地向前方划水(切记双手不能上下地胡乱挣扎,这既减小了水的浮力,更不能提供人体在水中向前游动的力。),人体在浮力作用下就不会下沉,就能游回岸边脱险。人们在水中最好深呼吸,往胸腹腔中尽量吸入大量空气,尽量扩大胸腹腔的排水体积而增大浮力,不要全部呼出空气,这会减小胸腹腔的排水体积而减小浮力。许多会游泳者最后因精疲力竭而溺水,一个重要原因就是人在精疲力竭时呼吸也减弱,人的胸腹腔的排水体积在水压力的挤压下减小了(即肚子被水压瘪了),导致人体浮力减小。因此,人在水中精疲力竭时,最好采用仰泳姿势,人的胸腹腔的吃水深度最小,胸腹腔受到水的压力也最小,可以最大程度地扩大胸腹腔的排水体积,进而增大人体的浮力;此外,仰泳姿势使人的口鼻向上,有利于舒畅呼吸,即使只露出水面半个头也可维持生命;人们可以用此姿势微动而休息片刻,积蓄体力来继续游泳。许多人溺水是因为过度恐惧而不断胡乱地挣扎造成的,冷静和有规律(有节奏)地向前方划水,并巧妙地尽量增大人的胸腹腔的排水体积,增大浮力,才能脱险。人不慎掉入深水中时,人在呼吸时一定要张紧腹部肌肉,防止腹腔被水压瘪而降低水对人体的浮力。人体胸腹腔(如同救生气囊一样)的排水体积大小是可以用来调节水对人体浮力大小的,这个浮力的调节量可以有1公斤左右,增大胸腹腔的排水体积是人们落水自救的重要方法之一。此外,不会游泳者不慎掉入水中,在惊恐中不停地喝水入肚,这会造成人的体重增加,而人的排水体积没有增加,即浮力没有增加,故不停地喝水入肚也极易使人沉入水中。人体一旦沉入深水之中,只能呼出体内气体,随着水深越大水的压强也越大,较大的水压力会进一步地把人体的胸腹腔和机体等软组织压瘪,人体的排水体积进一步减小,人体受到的浮力也进一步减小;而人体沉入水里后,会本能地在呼吸时不断喝水入肚,使人的体重增大,当人体的自重大于水的浮力时,人体即使在死后十小时内都不会浮出水面;直至人体内脏因死后腐败而充气膨胀,尸体的浮力大于重力时,才会上浮至水面。因此,不会游泳者不慎掉入水中,一定要冷静和镇定,尽量不要喝水入肚。密度比水略小的人体常会沉入静止水域的水底,这种常见现象用普通的物理学知识是无法解释的,只有用运动浮力方程才能准确完美地解释人体沉入水底的问题。

悬浮在水中的运动物体的运动浮力方程是:F动浮=r·PP·S = r·mg= r·ρgV = r·F静浮

漂浮在水中的运动物体的运动浮力方程是:

ρgV=2r·mg =2r·ρgV

造成水中悬浮和漂浮的运动浮力方程不同的原因是:悬浮物体的排水体积已经全部使用了,没有改变排水体积的可能了;而漂浮物体的排水体积只有部分使用了,物体(船只)运动时可以改变排水体积来调节浮力大小,故这导致两者的运动浮力方程不同。水面船只运动时的ρgV项,只能通过数值来理解,而不能严格通过物理意义来理解;ρgV的数值大于船只重力,是因为物体运动减小了对下部的压力,部分静压能转化成了动能,或者说带有一定程度的失重色彩。例如,太空中高速运动的人造卫星和飞机都带有一定的因环绕地面运动而造成的失重成分,使内部物体对底部的压力变小,但是地球的重力没有发生改变。

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