浮力阿基米德原理的推導過程如下:
假設一個物體完全浸沒在水中,那么F浮力=G排開的水=V排ρ水g=mg=ρ物Vg
其中,F浮力是物體在水中所受的浮力,G排開的水是物體排開的水的重力,V排是物體排開水的體積,ρ水是水的密度,g是重力加速度,ρ物Vg是物體的重力。由于物體是浸沒在水中,所以V排=V物。因此,F浮力=ρ物Vg=ρ水Vg。
由此可以得出阿基米德原理:物體在液體中所受的浮力等于它所排開的液體的重力。即F浮力=G排開=ρ液Vg。
希望以上推導過程對你有所幫助。請注意,這里假設物體是完全浸沒在水中,如果物體沒有完全浸沒,浮力數值將大于或小于上述推導結果。
下面是一個簡單的例題,用來演示如何應用浮力阿基米德原理來推導浮力的大小:
例題:一個邊長為10cm的正方體鐵塊(密度為7.8g/cm3)放在一個底面積為200cm2的圓柱形容器的底部。已知鐵塊的高度為10cm,求鐵塊在水中靜止時受到的浮力。
解:根據浮力阿基米德原理,物體在液體中所受的浮力等于物體排開的液體的重力。因此,我們需要先求出鐵塊在水中排開的液體的體積,再根據密度和重力加速度求出浮力大小。
鐵塊的體積為:$V = (10 \times 10 \times 10)cm^{3} = 1000cm^{3}$
鐵塊在水中排開的液體的體積為:$V_{排} = V - V_{底} = 1000 - 200 = 800cm^{3}$
水的密度為1g/cm3,因此鐵塊在水中受到的浮力為:
F = ρgV = 1 × 9.8 × 800 = 7840N
由于鐵塊的重力略大于浮力,所以鐵塊靜止時將懸浮在水中,受到的浮力等于重力。因此,這個例題演示了如何應用浮力阿基米德原理來推導浮力的大小。