物体沉浮与密度的关系
物体沉浮与密度的关系
新人教版九年级物理第十四章涉及了物件沉浮条件,但未对沉浮的直接原因作祥细的解释,现用数学推导的方式阐述一下:
浸在液体中物体,当它所受浮力大于重力时,物体上浮;与它所受的浮力小于所受重力时,物体下沉;与它所受浮力等于所受重力时,物体悬浮在液体中,或漂浮在液面上。
一、漂浮
当物体处于漂浮状态时,F浮=G.
∵ F浮=ρ液gV排
G=ρ物gV物
∴ ρ液gV排=ρ物gV物
又∵ V排<V物
∴ ρ物<ρ液
即当物体处于漂浮状态时,物体的密度小于液体的密度;或者反过来说,当物体密度小于液体密度时,物体处于漂浮状态。
二、悬浮
当物体处于悬浮状态时,F浮=G。
∵ F浮=ρ液gV排
G=ρ物gV物
∴ ρ液gV排=ρ物gV物
又∵ V排=V物
∴ ρ物=ρ液
即当物体处于悬浮状态时,物体密度等于液态密度;或是说,当物体密度等于液态密度时,物体处于悬浮状态。
三、上浮(动态)
当物体处于上浮状态时(物体自下到上运动),F浮>G。
∵ F浮=ρ液gV排
G=ρ物gV物
∴ ρ液gV排>ρ物gV物
又∵ V排=V物(完全浸没)或V排<V物(部分浸没)
∴ ρ物<ρ液
即物体处于上浮状态时,物体密度小于液体密度;或是说,物体密度小于液体密度时,物体处于上浮状态。
四、下沉
当物体处于下沉状态时,F浮<G。
∵ F浮=ρ液gV排
G=ρ物gV物
∴ ρ液gV排<ρ物gV物
又∵ V排=V物
∴ ρ物>ρ液
即为物体处于下沉状态时,物体密度大于液体密度;或是说,物体密度大于液体密度时,物体处于下沉状态。
注:
(1)文中“物体密度”均指物体的平均密度。
(2)文“上浮(动态)”主要相对漂浮的静态而言,即上浮状态物体在运动,而漂浮状态物体静止。
(3)综合文中“一、三”可知:当物体密度小于液体密度时,物体可能处于漂浮状态或上浮状态,所以不能绝对化,应视具体情况而定。