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水的浮力和潜水员的稳性、水的浮力 （一）浮力的概念 把一块木板放入水中，它会浮在水面，用弹餐秤称一个浸在水里的物体，其重量比在空气中称的重量 轻。这些事实说明浸在液体中的物体会受到一个向上的力。这种方向向上的托力，称为液体的浮力。 浮力是怎样产生的呢？ 我们将一个正方体放入盛水的容器中，见图21设A、 B两 面平行于水面。A 面到水面的深度为h。B 面到水面的深度为 ho。 从中可以看出侧面 C和D，E和F处于同一深度，故彼此受到 的静水压力大小相等，方向相反，互相抵消。但A 面和B面则不 C B 同，根据 2-1 式可知，B面压强大于 A面压强。即： Pgh2> pgh, E 设A、B面的面积分别为 s，显然B面的压力一定大于 A面 式中：D一物体受到的浮力，N 8一重力加速度，N/kg p一液体的密度，kg/m3 V一物体排开液体的体积， m 对于纯水，如果口的单位用KN，g取9.8Nkg，则2-3式可简化为 D=9.8V(kN) (2-4) （三）物体的沉浮 一块钢板放入水中会沉到水底，但是用钢板制造的船却可漂浮在水面。为什么会有这种现象呢，原来， 没在水中的物体除受到向下的重力 W外，还受到向上的浮力 D，见图2-2。物体的沉浮是由D和 W共同 作用的结果。 当 W=D时，合力DW=0，此时物体可以在液体内部任何位置平衡。我 们把物体的这种状态叫悬浮状态（也叫中性状态)。 当 D>W 时，合力 D-W>0，方向向上，物体会溧浮在水面，我们把物体 D 的这种状态叫漂浮状态（也叫正浮力状态）。 当 D-W 时，合力 W-D>0，方向向下，物体会沉到水底，我们把物体的 这种状态叫下沉状态（也叫负浮力状态)。 W 显然，在水中的物体只能处于这三种状态中的一种。我们调节D和W 的大小。可以改变物体的沉浮状态（简称为浮态)。 图 2-2 水中物体受力图 对物体的浮态进一步分析，实际上决定物体汇浮的因素是物体和液体各自的平均密度。当物体的平均 密度等于液体的密度时，星悬浮状态，当物体的平均密度小于液体的密度时，呈漂浮状态：反之，星下沉状态。 例22 欲把一个边长为 15cm 的正方体钢块(密度 p=7.8kg /cm’>从水底打捞出水，至少需多大的力？ 解：钢块在水中分别受到向上的浮力 D 和向下的重力 w，打捞所需的力是它们间的合力。 D=9.8V=9.8x0.15°=0.033(kN) =33 (N) W=gpV=9.8x78×0.15°=0.258(kN)=258(N) W-D=258-33=225(N) ?至少需 225N 的力才能将铁块打捞出水面。 （四）潜水员的沉浮原理 潜水员在水中的沉浮和一般物体在水中单纯的沉浮有所不同。一般物体在水中的浮态完全取决于物体 所受到的浮力和自重的差值，这个差值是固定不变的，故只能处于三种浮态中的一种。 一般物体的沉浮可 以称做重力沉浮。潜水员和鱼类在水中的沉浮相类似。 我们知道鱼类在水中的沉浮，一方面通过腹内的鳔， 改变自身的排水体积，从而改变浮力和自重的差值，达到沉浮目的，这属于重力沅浮。另一方面，运用尾 和鳍的推力达到潜游和浮游的目的，这种沉浮称做动力沉浮。 潜水员在水中的汇浮，一种是重力沉浮，一种是动力沉浮。重潜水属于重力沅浮，重潜水运用了压重 物（如压铅），结合调节潜水服内的空气垫，使重力和浮力的差值可以在较大范国内任意调整，达到沉浮 目的。

人类生活在覆盖着大气层的地球表面，而潜水员则工作于水下高压环境。水下环境对人类来说是陌生 的，充满危险和挑战的场所，潜水员要想地工作，就必须了解水下环境的特点并拳握诚轻环境影响所 必需的技术， 物质和能量的性质和相互关系，构成了研究潜水物理的基础。潜水物理主要研究气体和水的物理性质， 热、光及声在水下传播的性质等。 — 、物质 科学家己发现了构成物质世界的 112 种单一的物质或元素。元素是表现一定物理和化学特性的物质的 简单形式，而且用化学方法不能分解成更基本的其它形式。所有的元素都具有与其它任何元索不同的特 性。 元素由原子组成。原子是具有元素特性的物质的小微粒。各种元素的结合形成了人类目前己知的四 百多万种物质。原子互相结合构成分子，其特性通常不同于组成分子的任何原子。例如：两个氧原子和- 个碳原子结合形成二氧化碳，而一个氧原子和一个碳原子结合则形成一氧化碳， 二氧化碳和一氧化碳是两 种具有不同性质的物质。某些原子很活泼，并很容易与接近的几乎所有物质结合。但是另一些原子则是惰 性的，不能和其它物质自然结合。例如氢气是一种潜水中常用的情性气体，其情性使得自己的原子间都不 能结合，故它的分子只有一个叙原子。 通过原子结合而形成的任何元素或物质，都以固体、液体和气体这三种自然形式（物态）之一存在。 具有一定的形状、重量和体积的物体叫固体。具有一定的体积和重量，但没有固定形状的物体叫液体。具 有一定的重量并占据空间，但没有固定的体积和形状的物体叫气体，气体和液体同属于流体。 一种物质呈何种物态，取决于温度和压力。物质是由分子组成，而分子是时刻在运动之中的。固态物 质其分子严格按基本的固定形式排列。此时其分子运动是围绕平衡位置的稳恒振动。当温度升高时，分子 运动加快，分子互相摆脱并做不规则运动。这样固体就溶化成液体。当温度进一步升高，分子运动速度格 更快，这时部分分子自发地离开液体表面变成气体，如果温度到达物质的沸点，液体就很快转变成气体。 降低温度会使上述变化逆转。当气体分子冷却时，其运动速度减慢，动能减小，气体逐渐凝结成液体。温 度进一步降低到液体的冰点时，将再次交成固体。 二、能量 功和能的概念是密切相关的。它们构成了物理世界的第二要素。对某物体施加一个力，这个物体在力 的方向上移动了一段距离，我们把力和位移的乘积叫做这个力对物体所做的功。单位时间所做的功则叫功 率。 能量是指做功的能力。能量守恒定律指出：自然界的能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形式 转换成另一种形式。能量有六种基本形式，即：机械能、热能、辐射能、化学能、电能和核能。 潜水物理学中，将着重研究光（属辐射能）、声 （属机械能）和热能在水下的传播特性。 三、计量单位 物理学在很大程度上依赖于物质或能量的一种状态与另一种状态的比较标准。在潜水界，以往经常供 用公制单位和英制单位。我国颁布法定计量单位以后，英制单位和公制中的许多单位己被剔除在法定计量 单位以外。我国的法定计量单位是以国际单位为基础，适当保留个别常用的非国际单位所组成的计量单位 体系。 今后，凡是遇到计量单位的问题时，我们都应使用 法定计量单位。 为了便于学习，我们需要了解潜水中常用到的一些法定和非法定计量单位的换算关系