浮力一定是竖直向上吗？

邢小丽 邹 静

(丹阳高级中学，江苏 镇江 212309)

关于浮力，初中物理教材中的基本概念是：浸在液体(或气体)中的物体受到液体(或气体)向上托的力，叫作浮力.浮力的方向是竖直向上的，施力物体是液体(或气体).漂浮在液面上的物体和完全浸没在液体中的物体都叫浸在液体中的物体.

浮力产生的原因是浸在液体中的物体受到液体对它向上的压力大于液体对它向下的压力，液体对浸在其中的物体向上和向下压力的合力(压力差)就是液体对物体的浮力.浸在液体中的物体受到浮力的大小与物体浸在液体中的体积(排开液体的体积)和液体的密度有关.浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力.

初中的这些知识只谈及静止液体中的浮力，但物理教师却给出了如下的题目.

例.木球和金属球通过细线连接，悬浮在装水的瓶中，如图1所示，让瓶子和水绕竖直轴匀速转动，则平稳时两球的位置可能是

图1

该题的参考答案是(B).

在这道题中水(液体)不再是静止的.那么在旋转液体(或加速运动)中物体受到的浮力是怎样的呢？下面我们通过实验来进行探究.

1 器材制作

器材制作见图2.将吊扇倒置于木板上作旋转动力，在其上固定一厚8 mm的有机玻璃圆盘(中间开孔)，有机玻璃圆盘上面固定有圆的铝合金边框.水桶卡在圆的铝合金边框内，水桶中上浮的是小木球(或小木块)，下面用细线挂一小金属球.这样器材就制作好了.

图2

2 探究结果

探究结果见图3、图4.水桶匀速旋转时，在图3中，上面的小木球向中心轴靠拢，而下面的金属小球则贴到了水桶的边上.在图4中，上面的小木块上表面与水涡弧面的切线基本平行，而下面的金属小球仍贴到了水桶的边上.

图3

图4

3 结果分析

液体在旋转时，液体表面会产生中间低，边上高的抛物线液面.浸在液体中的物体的两个侧面就会产生压力差，形成一水平方向的浮力，此浮力与竖直方向的浮力共同作用于物体，其合力(合成浮力)方向与抛物线液面的切线垂直.由于小木球(或小木块)密度小于液体(水)的密度，小木球(或小木块)在水平方向上的浮力大于其惯性力，因此小木球(或小木块)在水平方向上的浮力作用下向中心轴靠拢，而金属小球的密度大于液体(水)的密度，因此金属小球在水平方向上的浮力小于其惯性力，因此金属小球在水平方向上的惯性力作用下贴上了桶壁.

综上分析，我们可以看到，在静止液体中，浸在液体中物体所受的浮力是竖直向上的，而在运动的液体中，浸在液体中物体所受的浮力就不一定是竖直向上，但物体所受浮力的方向一定是和液面垂直的.