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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。

水的阻力 物体在地面运动时，需不断施加动力，否则物体就会停下来，这是因为物体和地面间存在着摩擦阻力。 同样的道理，潜水员在水中运动时，也会受到水的阻力。 在水中运动的物体，所受到的与运动方向相反，阳码物体运动的力，叫做水的阻力。水的阻力消耗漕 水员的体力。凭经验我们知道，游泳时慢慢游不会很费劲，但快速游时会很累。这说明水的阻力与相对运 动速度有关，速度快时，阻力大，反之则小，当然速度和阳力间不是简单的线性正比关系。 为什么在水中运动的物体会受到阻力？ 这因为水的内部存在粘滿性。潜水员入水后，潜水服被水没湿， 港水员运动时，这部分水就和潜水员一起运动。此时，周国的水必然与这部分水相分商。由于水本身所具 有的粘湍性，潜水员运动时就要克服这种粘着力，才能使附者在潜水服上的水与周国的水相分高。潛水员 要游动就必领付出一个力来克服水的粘着力，即水的粘着阻力。 水中物体所受的阻力可用2-5 式计算： R=p vZCA (2-5) 式中：R一水的阻力 V一水流速度 C一水的摩擦系数 A一运动物体迎水面积 p一水的密度 从上式可以看出：水中运动的物体，所受到水的阻力，与水的摩擦系数（粘滞度）有关；与迎水面积 有关，迎水面积大，阻力也越大；与运动速度有关，速度越大，阻力亦随之增大。 除此之外，阻力还与物 体的形状有关。 实验证明，当相对运动速度增大到一定值时，水的阻力会急剧增大，这时又增加了一个阻力因素，即 湍流阻力。 19世纪末，英国物理学家雷诺证明液体的运动存在层流和湍流(又叫紊流〕两种流态。所谓层流指液 体质点作有秩序的线性运动，彼此互不掺混的流动状态；而充满旋涡、质点相互混掺的流动状态则称为湍 流。流速是决定流态的主要因素之一。 潜水员在静止(或流速很小）的水中慢速运动，水的流态属于层流。 而潜水员在静止水中快速游动或在急流中运动时，水的流态属于湍流，这时水的阻力随相对运动速度增加 而呈几何级增加。 综上所述，水的阻力包括粘滞阻力和湍流阻力。在相对运动速度较小时，阻力的大小主要是粘滞阻力， 在相对运动速度较大时，阻力的大小主要是湍流阻力。为了减少阻力，可以设法减小迎水面积及降低运动 速度。 二、水的阻力与潜水员的关系 我们知道，水下环境从动态意义上可分为静水环境和流水环境两种。因此潜水员在水中所受阻力也可 以分为两种情况来研究，即运动阻力和水流阻力。 1运动阻力 潜水员在静水环境中，与水做相对运动所受到的水的阳力称做运动阻力。根据 2-5 式可知，这个阻力 的大小与迎水面积的大小成正比，并随运动速度增大而增大，这时潜水员与水作相对运动时水的流态，可 视为层流，阻力较小，主要为牯滞阻力，只要运动速度不过快，一般不会产生湍流阻力。潜水员可适当减 慢运动速度，或尽量减小迎水面积，比如侧身运动等都可有效减少运动阻力。 2. 水流阻力 潜水员在流水环境，水流与潜水员相对运动所受到的阻力称做水流阻力。 如果水流速度很慢，水的流 态仍可看做层流，潜水员所受到的阻力与静水时相差不大，主要还是牯滞阻力但是水流较急时，水的流态 为湍流，水的阻力除粘滞阻力外，还会产生湍流阻力，而且湍流阻力比粘滞阻力大得多，对潜水员造成很 大的体力消耗，甚至无法进行水下作业。因此在急流的江河和潮流较大的海区作业，潜水员将受到比静水 环境大得多的水流阻力。在这种环境作业，应采取各种手段才能保证水下作业。例如，根据湖汐运动 规律，在平潮期间作业：在急流中使用挡流板等。