对加速系统中浮力问题的讨论，本文主要内容关键词为：浮力论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
浸在液体中的物体受到液体的浮力作用。浮力产生的原因是上下表面的压力差，其大小等于排开的同体积的液体的重量，计算公式为
对加速系统中浮力的大小、方向如何判断？其物理意义又是什么？这类问题在备考的试题中、竞赛试题中都有涉及，是学生出现错误较多的一类习题。许多参考用书对这类问题也有详细解答，但求解方法、说理过程都不尽规范，很少能触及问题的本质。本文先后通过竖直加速系统中、水平加速系统、旋转系统中的浮力问题的计算，说明研究这类问题的注意点，最终通过分析，归纳出加速系统中浮力计算的一般公式，并说明加速系统中浮力产生的本质。
一、各种加速系统中浮力问题的计算
1.竖直加速系统中的浮力问题
例1 如图1，一个盛水容器底部固定着一根弹簧，弹簧的上端连接着一质量为m的木块，开始时，弹簧处于伸长状态，当容器向上加速时，弹簧的长度将如何变化？
图1
开始做这类题目时，学生往往忽略了在加速系统中浮力的变化。简单地认为，向上加速时木块将超重，弹簧受到的压力将增加，所以长度将缩短。
其实，当系统向上加速时，由于容器中的水也处于超重状态，所以，在垂直加速方向的各水层面之间的压力增大。此时，液体的压强公式变为p=ρ(g+a)h，物体受到的上下表面的压力差即浮力增量为
所以，弹簧的伸长量增大。
2.水平加速系统中的浮力问题
例2 做匀速直线运动的小车上水平放置一密闭的装有水的瓶子，瓶内有一软木塞，如图4所示，当小车突然向右加速时，软木塞相对于瓶子怎样运动？
析与解 当小车突然向右加速时，瓶子中的水由于向右加速，在垂直于加速度方向的竖直平面的水层之间的压力发生了变化，左侧的水层的挤压力较大，右侧水层间的压力较小，所以在软木塞的左右两侧产生了一个压强差。
取水平方向的一段水柱进行分析（如图5），水柱向右加速时，左右两侧产生的压力差提供了水柱向右加速需要的外力。水柱左右两侧的压强差△p，
在旋转系统中，液体中的各点的加速度都指向圆心，所以，粒子在运动过程中每一位置受到的浮力都指向圆心，由于各处的向心加速度不同，运动过程中受到的浮力也在不断变化。
这是全国物理竞赛的复赛题，原标准答案的解释比较隐晦，学生不容易理解。引入加速系统中的浮力概念后，问题变得较清晰。根据题意，由于粒子的密度ρ′大于液体的密度ρ，所以粒子受到指向圆心的浮力不足以提供它做圆周运动所需要的向心力，粒子将向外运动。在粒子向外运动到达筒外端的过程中，由于液体的黏滞阻力非常大，所以，可认为粒子在缓慢地匀速向外侧运动。根据粒子的受力（如图7），粒子受到水平向里的浮力
和黏滞阻力f。根据牛顿第二定律得到
当粒子ρ″小于液体密度ρ时，粒子将“漂浮”在液体中，即在容器绕轴线转动时粒子在图6容器中的左上方不动。当然黏滞阻力就不做功了。
二、归纳加速系统中浮力问题的计算
通过三个不同的例题，讨论了物体在竖直加速系统系统，水平加速系统和旋转系统中的浮力的计算方法。
负号表示浮力方向与合场的方向相反。在加速系统中浸在液体中的物体受到浮力大小等于同体积液体受到的重力和惯性力的合力，方向与该合力方向相反。
用上述思想对例题4进行分析。
例4 如图10所示。一容器中装满了水，在容器的底部和顶部分别用细线悬挂着木球B和金属小球A，当容器以加速度a向右作加速运动时，A、B两球分别向哪边摆动？
图10
当容器向右加速时，以向右加速的系统为参照系，则在这个系统中同时存在向下的
由于木球B受到的浮力大于其重力与惯性力的合力，木球仍然“上浮”，故向前偏。铁球A受到的浮力小于其重力与惯性力的合力，铁球仍然“下沉”，故向后偏。