浮力一定是豎直向上嗎？

邢小麗 鄒 靜

(丹陽高級中學，江蘇 鎮江 212309)

關于浮力，初中物理教材中的基本概念是：浸在液體(或氣體)中的物體受到液體(或氣體)向上托的力，叫作浮力.浮力的方向是豎直向上的，施力物體是液體(或氣體).漂浮在液面上的物體和完全浸沒在液體中的物體都叫浸在液體中的物體.

浮力產生的原因是浸在液體中的物體受到液體對它向上的壓力大于液體對它向下的壓力，液體對浸在其中的物體向上和向下壓力的合力(壓力差)就是液體對物體的浮力.浸在液體中的物體受到浮力的大小與物體浸在液體中的體積(排開液體的體積)和液體的密度有關.浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力.

初中的這些知識只談及靜止液體中的浮力，但物理教師卻給出了如下的題目.

例.木球和金屬球通過細線連接，懸浮在裝水的瓶中，如圖1所示，讓瓶子和水繞豎直軸勻速轉動，則平穩時兩球的位置可能是

圖1

該題的參考答案是(B).

在這道題中水(液體)不再是靜止的.那么在旋轉液體(或加速運動)中物體受到的浮力是怎樣的呢？下面我們通過實驗來進行探究.

1 器材制作

器材制作見圖2.將吊扇倒置于木板上作旋轉動力，在其上固定一厚8 mm的有機玻璃圓盤(中間開孔)，有機玻璃圓盤上面固定有圓的鋁合金邊框.水桶卡在圓的鋁合金邊框內，水桶中上浮的是小木球(或小木塊)，下面用細線掛一小金屬球.這樣器材就制作好了.

圖2

2 探究結果

探究結果見圖3、圖4.水桶勻速旋轉時，在圖3中，上面的小木球向中心軸靠攏，而下面的金屬小球則貼到了水桶的邊上.在圖4中，上面的小木塊上表面與水渦弧面的切線基本平行，而下面的金屬小球仍貼到了水桶的邊上.

圖3

圖4

3 結果分析

液體在旋轉時，液體表面會產生中間低，邊上高的拋物線液面.浸在液體中的物體的兩個側面就會產生壓力差，形成一水平方向的浮力，此浮力與豎直方向的浮力共同作用于物體，其合力(合成浮力)方向與拋物線液面的切線垂直.由于小木球(或小木塊)密度小于液體(水)的密度，小木球(或小木塊)在水平方向上的浮力大于其慣性力，因此小木球(或小木塊)在水平方向上的浮力作用下向中心軸靠攏，而金屬小球的密度大于液體(水)的密度，因此金屬小球在水平方向上的浮力小于其慣性力，因此金屬小球在水平方向上的慣性力作用下貼上了桶壁.

綜上分析，我們可以看到，在靜止液體中，浸在液體中物體所受的浮力是豎直向上的，而在運動的液體中，浸在液體中物體所受的浮力就不一定是豎直向上，但物體所受浮力的方向一定是和液面垂直的.