互动科普

日常经验告诉我们，物体在水中会受到浮力的作用。比如，木头漂浮在水面说明水有浮力；石头虽然不能在水中漂浮，但在水中的石头变轻了，也说明石头受到了浮力；我们的身体在水中能明显感觉到水的浮力。浮力到底有多大呢？早在古希腊时期，伟大的科学家阿基米德就发现了浮力的定律，并写在他的《浮体论》中，这就是，水对物体的浮力等于物体所排出水的重量。

不仅水有浮力，一切能流动的物体都有浮力，如气体和液体。虽然在水中能明显感觉到水对我们身体的浮力，但在大气中好像感觉不到大气的浮力，这是因为我们习惯了大气的环境。如果除去大气，比如在真空中我们的身体会比现在要重一些。我们身体虽然感觉不到大气的浮力，但氢气球或热气球会飞向高空可以验证大气浮力的存在。为什么流体会产生浮力呢，归根到底是由于重力的原因，如果没有重力也就没有浮力了。

一个固体放在一个支撑面上，固体受到的重力（地球的引力）会对支撑面造成压力，比如桌面上的一个杯子会对桌面形成压力，这个压力还会传递到支撑桌子的地面。如果杯子里再装上水，对桌面和地面的压力会增大，压力只是向下传递，而不会横向传递。而流体则不然，下方流体会受到上方流体或固体的压力，这个压力不仅向下方传递，还会向所有连续充斥流体的地方传递。在同一水平面上，流体中任何一个方向上受到的压力（压强）相同，这就是说流体中的压力向四面八方传递。上方流体对下方流体施加压力，而压力又在流体中传递，这就是浮力产生的根本原因。

用力的分析的方法来表述阿基米德给出的浮力定律就是：物体在流体中受到的浮力等于物体上下表面所受的压力差。比如在一杯水中放入一个物体（形状不受限制），物体的所有表面全都受到水的压力，由于水中同一深度单位面积压力（压强）是相同的，在水平方向物体两边受到的横向压力（在水平方向的分力）是相互抵消的；上下方向则由于存在深度差，上表面受到的向下的压力小（在垂直方向的分力），下表面受到的向上的压力大，两者的差即是物体受到的浮力。浮力的方向与重力相反，始终向上。

为什么有的物体浮在水面，而有的物体沉入水底呢？你会说密度比水小的浮在水面，密度比水大的沉入水底。没错，密度小的物体体积大，排水量就大，受到的浮力就大，大于物体受到的重力，物体就浮在水面。从力的分析来看，密度小的物体体积大，上下表面受到的压力差就大，浮力就大，并且大于物体受到的重力，所以物体上浮。可以计算，两种表述是一致的。

人们常常用鸡蛋在水中的悬浮来演示浮力的性质，这是因为在厨房里随手可以找到合适的实验材料的缘故。尽管简单，但它很容易说明浮力的知识，不妨我们有空也做一次这个实验。实验材料就是一个透明玻璃杯或者广口的瓶子、一个鲜鸡蛋，以及一定量的食盐。

先在杯子里倒入多半杯清水（一般自来水即可），然后把鲜鸡蛋放入杯中，仔细观察现象，鸡蛋很快沉入水中。这说明鸡蛋的密度比一般的清水大，实际上在20℃左右自来水的密度接近于1（克/厘米³），鲜鸡蛋的密度约在1.1左右，所以鸡蛋的重力（鸡蛋密度×鸡蛋体积）大于水的浮力（水密度×鸡蛋体积）。接着往水中加食盐（加的量还不少），边加边搅拌，盐水的密度逐渐增大，当略大于鸡蛋的密度时，鸡蛋浮上来了。这时盐水的密度大于鸡蛋的密度，水的浮力大于鸡蛋的重力。接下来，我们再往杯子里轻轻地倒入少量清水，这时会发现鸡蛋悬浮的水中，位置稍微向下移动了一点。由于新加入了少量清水，杯子上半部分水的密度低，下半部分密度高，鸡蛋就停留在两种密度的液体之间，这种状态可以维持较长时间。用鸡蛋在盐水中上浮的方法，还可以粗略测出鸡蛋或者与鸡蛋类似的物体的密度。

悬浮的鸡蛋

（本文发表于《科学世界》2013年第10期）