
【化】 Archimedes principle
阿基米德原理(Archimedes' Principle)是流体力学中的基础定律,由古希腊科学家阿基米德在公元前3世纪提出。其核心定义为:浸入流体中的物体,受到竖直向上的浮力,其大小等于该物体所排开的流体重量。这一原理的数学表达式为: $$ Fb = rho{text{fluid}} cdot g cdot V_{text{displaced}} $$ 其中,$Fb$表示浮力,$rho{text{fluid}}$为流体密度,$g$为重力加速度,$V_{text{displaced}}$为物体排开流体的体积。
物理意义
当物体完全或部分浸没在静态流体(液体或气体)中时,流体会对物体施加一个与重力方向相反的力。该浮力的来源是流体内部压力差,其强度仅取决于被排开流体的总质量,与物体的材料、形状无关(来源:《大英百科全书》Archimedes' Principle条目)。
适用范围
原理适用于所有牛顿流体(如水、空气等)中的静力平衡状态,且在均匀重力场中成立。对于非牛顿流体或微观尺度下的量子流体,需引入修正条件(来源:NASA物理教育文档)。
工程应用
该原理被广泛应用于船舶设计、潜水艇浮力控制系统、热气球升空计算等领域。例如,船舶的排水量设计直接基于阿基米德原理,通过船体浸没体积推算载重能力(来源:《工程力学基础》,中国科学技术大学出版社)。
据《科学史》记载,阿基米德通过在装满水的容器中浸入皇冠,测量溢出水量来验证金冠纯度,从而发现浮力定律。这一实验成为科学史上最早通过量化方法解决实际问题的范例之一(来源:斯坦福大学科学史档案)。
阿基米德原理是流体静力学中的基本定律,描述了物体在流体中所受浮力的规律。其核心内容为:浸在流体中的物体(无论是全部或部分浸没)会受到一个竖直向上的浮力,其大小等于该物体所排开的流体的重量。以下是详细解释:
阿基米德在公元前3世纪发现该原理。传说他在浴缸中观察到水位上升,从而悟出浮力定律,并大喊“Eureka!”(意为“我找到了!”)。尽管故事的真实性存疑,但它生动体现了科学发现的灵感瞬间。
通过阿基米德原理,我们不仅能解释日常现象,还能指导工程设计和科学实验,是流体力学和材料科学的重要基础。
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