浮力的计算公式有多种表达,以下是常见的几种情况:
阿基米德原理:浸在液体(或气体)里的物体受到向上的浮力作用,浮力的大小等于被该物体排开的液体(或气体 )的重力。数学表达式为F浮=G排。进一步展开,如果已知液体密度ρ液和物体排开液体的体积V排,根据重力公式G=mg(m是质量,g是重力加速度,通常取g=9.8N/kg )以及密度公式ρ=Vm可得F浮=ρ液gV排 。此公式适用于任何形状的物体浸在液体或气体中受到浮力的计算。例如,将一个体积为0.01m3的石块浸没在水中,水的密度ρ水=1000kg/m3,则石块受到的浮力F浮=ρ水gV排=1000kg/m3×9.8N/kg×0.01m3=98N 。
称重法:用弹簧测力计分别测出物体在空气中的重力G和物体浸在液体中时弹簧测力计的示数F,那么物体受到的浮力F浮=G−F 。这种方法常用于实验测量物体受到的浮力大小。比如,一个物体在空气中弹簧测力计示数为5N,浸在水中时弹簧测力计示数变为3N,那么它受到的浮力F浮=5N−3N=2N 。
二力平衡法(漂浮或悬浮状态):当物体漂浮或悬浮在液体中时,物体处于平衡状态,此时物体受到竖直向下的重力G和竖直向上的浮力F浮,这两个力是一对平衡力,大小相等,即F浮=G 。例如一艘轮船漂浮在水面上,轮船的重力是1×107N,那么轮船受到的浮力就是1×107N 。