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水的浮力:游泳中的物理学

发表时间:2022/12/3 18:45:19  来源:万物物理学  浏览次数:876  
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一、浮力及阿基米德原理。

流体中由于下上表面的压强差产生的力叫做浮力。很明显气体、液体都是流体。在浮力的研究中,阿基米德做出了开创性的工作。据说他在泡澡时候想到了——物体在液体中的浮力与其排开液体肯定有关系。后经过实验得到了著名的阿基米德原理:物理所受浮力等于其排开液体所受的重力! 虽然很绕,但是很通俗易懂,就是浮力和溢出液体的重力一样多! 现在我国海军突飞猛进,我们经常听到排水量这个词,如2万吨排水量。一个船排水量越大证明其可以装的越多,并且排水量多少吨其受到的浮力就是想对应的值。

我们根据阿基米德原理结合初中压强、浮力、密度的定义p=F/s,F=F-F上,ρ=m/v我们可以得出浮力的通用标准公式:F=ρgv,其中ρ代表流体密度,g代表重力加速度,v代表物体浸入流体中的体积。

在游泳中,我们首先要有一定的浮力。根据公式,要想浮力更大,要么到密度更大的水中(海水的密度比淡水大),要么让自己更多的浸入到水中。

二、物体的浮沉。 

物体在水中会受到重力及浮力。当重力大于浮力时物体下沉,当重力等于浮力时物体悬浮或者漂浮,当重力小于浮力时物体上浮。再根据G=mg=ρvg,F=ρgv,我们可以得出结论:物体ρ>液体ρ物体下沉;反之。 氢气球能在大气中上升,就是因为氢气的密度比空气密度小。 那人在水中的情况呢?我们人体的密度与水差不多,也就是说我们差不多可以恰巧悬浮在水中。如果我们深吸一口气让自己的平均密度变小,我们就可以漂浮在水面了(当然露出水面的部分也是有限的,把鼻子嘴巴露出水面最要紧) 。这就是一些人可以长时间漂浮在水面的根本原因!

三、游泳的动力问题。

任何一种泳姿都需要前进的动力。无论何种泳姿都需要向后方对水作用力从而获得水对其身体的反作用力。所以我们要向后划水,这和乘船的原理一样,当然为了让身体更多的部分露出水面,在向后划水的同时也会向下划水,综合起来我们的手脚会向后下方对水作用力!

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