浮力 組員:王宥竣4980J023林永智4980J062 王唯任4980J065林家慶4980J069 目錄:1什麼是浮力? 2浮力的定義

Presentation on theme: "浮力 組員:王宥竣4980J023林永智4980J062 王唯任4980J065林家慶4980J069 目錄:1什麼是浮力? 2浮力的定義"— Presentation transcript:

1 浮力 組員:王宥竣4980J023林永智4980J062 王唯任4980J065林家慶4980J069 目錄:1什麼是浮力? 2浮力的定義
3概念流程圖 4日常生活的浮力 5潛水艇 6潛水艇介紹6-1主水櫃6-2調節水櫃6-3速潛水櫃 7潛水艇 8原理飛艇 組員:王宥竣4980J023林永智4980J 王唯任4980J065林家慶4980J069

2 什麼是浮力? 阿基米得：『物理在液體中所受浮力, 等於所排開的液體重』 將物體放進液體中,物體所排開液體的體積 = 物體在液體內的體積 想像：在物體尚未放進去以前, 同樣體積內的液體必處於平衡狀態, 因此所受 浮力 = 體積內的液體重 日常中可以觀察到，鐵會沈入水中，而同樣鐵殼的油輪又能浮在水面，磚塊會沒入水中，但沒入水中時又變得比較輕，為什麼？原因在那裡？而我們不小心掉入水中急著想要把頭抬出水面呼吸，人卻往下沈，而真的有東西掉入水中，想下潛拾取，往往卻潛到一半就被水給浮了上來，原因何在？ 古希臘的大哲學家阿基米德就已發現了浮力的物理現象，並將之量化：浮力的大小等於所排開液體體積的重量，後人稱之為阿基米德原理： F=排開之水體重量F=rV　 r =水的重量密度　V=所排開水的體積

3 浮力的定義 首先浮力=物體體積x液體密度 1.無論浮或沉 同液體中 在水面下的體積越大 浮力就越大
2.同浮體在不同液體中 液體密度越大 浮力就越大 3.同一體不論浮在哪 浮力都一樣 同體積的石塊(密度3 g/cm3)及金塊(密度19.3 g/cm3)投入水中 誰受的浮力大 A:一樣 因為同體積 同液體 同質量的石塊(密度3 g/cm3)及金塊(密度19.3 g/cm3)投入水中 誰受的浮力大 A:石塊 因為質量相同 密度越小體積越大 的浮力也越大 體積100的石塊投入水裡 受到的浮力就是物體體積x液體密度100x1=1

4 概念流程圖

5 日常生活的浮力 船隻浮在水上是靠浮力，你家馬桶沖水的控制也是靠浮力，熱氣球要升空也是浮力(飛機不是喔)，小朋友的氦氣球也靠浮力，潛水艇出水面靠浮力，放輕鬆躺在海上飄啊飄也是靠浮力 以下面的例子來說明浮力；潛水艇，飛艇。

6 潛水艇 潛水艇為什麼能潛入水裡？它是運用什麼原理？ 東西的浮與沈，牽涉到密度問題。當物體的密度小於液體（通常是水）的密度時，就會浮在液體上（像冰山、船就是最好的例子）；相反地，當物體的密度大於液體時，就會下沈。而密度是怎樣求出來的呢？在物理上的定義，密度﹦質量÷體積。傳統潛水艇的船身裡，有一個佔據相當大空間的『壓艙』，當潛水艇浮在水面上的時候，壓艙裡沒有水，因此質量較輕（只有船身的質量），在除以潛水艇的體積之後，密度小於海水，因此就浮在水面上；而當潛水艇要潛入海中時，壓艙的進水口就會打開，引入海水，在潛水艇體積不變的情況下，因為增加了海水的重量，使得潛水艇的密度增大，超過了海水的密度，因此就往下沈了！

7 潛水艇介紹 潛艇是上萬噸的龐然大物，為何如同蛟龍，上浮下潛，悠然自如？ 浮力原理告訴我們，當物體重量大於浮力時，物體就下沉；當物體重量小於浮力時就浮起； 當物體重量等於浮力時，物體就在液體中懸浮著。因此，潛艇沉浮只需調節其所受的浮力即可。 而這一過程是由3個水櫃協調完成的。先讓我們認識一下

8 主水櫃 「老大」──主水櫃 在潛艇上浮下潛中起主要作用的水櫃被稱為主水櫃。 由於現代潛艇一般都是兩層殼體，所以，其主水櫃一般就是潛艇內外兩層殼體之間的空間。 由於潛艇從艇艏到艇艉的距離較長，所以，潛艇內、外兩層殼體之間通常被分隔成若干個水櫃，在每個水櫃的頂部設有通氣閥，底部設有通海閥。當潛艇需要下潛時，同時打開通氣閥和通海閥，水櫃中的空氣從通氣閥中排出，艇外的海水便從通海閥流入水櫃，這樣，潛艇本身的重量增加， 就會開始下潛。而一旦潛艇需要上浮，則關閉上部的通氣閥，同時向水櫃內供應高壓氣，逐步將海水從水櫃經通海閥壓出艇外，這樣，潛艇本身的重量變輕，自然而然就上浮了。 潛艇的水下重量恰好等於潛艇整個艇體排開海水的重量，

9 調節水櫃 然而，在潛艇懸浮在水中時，其本身的重量卻是經常變化的。比如糧食吃了、武器發射了，都會使潛艇本身的重量減輕。同時由於各處海水比重不同，潛艇受到的浮力也不盡相同。 在這種情況下，如何保持潛艇在水中懸浮和平衡呢？這又涉及到水櫃中的 「老二」── 調節水櫃 通常，調節水櫃中儲有1／3～1／2的海水，並且這部分海水的重量已包括在潛艇的重量裏了。 假若潛艇的重量減輕了，就打開調節水櫃的通氣閥和通海閥，讓海水進到調節櫃中，讓進入水櫃的海水替代減輕的重量。當潛艇潛至海水比重較大處時，潛艇所受浮力增大，就打開通海閥向調節水櫃裏灌點水；而當潛艇潛至海水比重較小處時， 則通過高壓氣體將調節水櫃中的海水向艇外排出部分。

10 調節水櫃還有獨特的功能。 由於主水櫃裝滿水後，潛艇的水下重量恰好等於潛艇整個艇體排開海水的重量，所以僅依靠潛艇的主水櫃是無法使潛艇坐沉海底的，而潛艇有時又需要坐沉海底休整或規避， 這時，就要利用調節水櫃了。只要向調節水櫃灌一些水，使潛艇的重量大於潛艇所排開海水的重量， 潛艇就會像鐵塊一般沉入海底休整或規避（當然必須是在潛艇殼體本身耐壓能力所能承受的深度）。 前面介紹的都是潛艇在正常潛航下的下潛或上浮，那麼，當潛艇需要快速下潛或快速上浮怎麼辦？

11 速潛水櫃 這時就要利用水櫃中的「老三」 速潛水櫃 在正常情況下，速潛水櫃是不灌水的，只使用主水櫃來控制潛艇的沉浮。 大多數常規潛艇使用主水櫃下潛時，從水面潛至水下8～15米的時間為30～50秒， 而一旦潛艇遇到敵飛機、獵潛艇攻擊或其他危險時，主水櫃和速潛水櫃同時灌水，在短時間內大大增加潛艇的重量，這樣潛艇從水面下潛到水下的時間就大為縮短，從而避免遭敵攻擊。 在速潛過程中，隨著速潛水櫃海水的增加，潛艇的總重量不斷增大，下潛速度將越來越快。 為防止潛艇速度越來越快地紮入海底，在潛艇下潛到水下一定深度後，需要及時用高壓氣體將速潛水櫃中的水排出去，使潛艇的重量與艇體排開海水的重量相等，這樣就可以保證潛艇懸浮在水下一定深度上。

12 潛水艇原理 原理：東西的浮與沈，牽涉到密度問題。當物體的密度小於液體的密度時，就會浮在液體上；相反地，當物體的密度大於液體時，就會下沈。而密度是怎樣求出來的呢？在物理上的定義，密度﹦質量÷體積。傳統潛水艇的船身裡，有一個佔據相當大空間的『壓艙』，當潛水艇浮在水面上的時候，壓艙裡沒有水，因此質量較輕（只有船身的質量），在除以潛水艇的體積之後，密度小於海水，因此就浮在水面上；而當潛水艇要潛入海中時，壓艙的進水口就會打開，引入海水，在潛水艇體積不變的情況下，因為增加了海水的重量，使得潛水艇的密度增大，超過了海水的密度，因此就往下沈了！ 說到潛水艇與阿基米德原理的關係，當物體浮在液體上時，重量＝浮力；當物體下沈時，重量大於浮力。因為潛水艇的體積固定，所以它所能排開的海水重量是固定的，也就是說最大的浮力是不變的。這種情況下，要控制潛水艇的浮沈，只能改變潛水艇的重量，也就是上面所說的排水、進水的方法。因此，兩者當然有關係！

13 飛艇 飛行器（Aircraft）分為兩種，一種是利用空氣動力（Aerodynamics）獲得升力（Lift）的飛行器，就是一般我所謂的固定翼或者旋翼（即直昇機）飛行器。另一大類是利用空氣靜力（Aerostatics）獲得升力的飛行器，例如飛船（Airships）或氣球（Balloon）。 所謂「飛船」是利用比空氣輕的氣體獲得浮力而升空，而且具有螺旋漿與尾舵（Rudder）可以操縱前進的飛行器。氣球則沒有螺旋漿與尾舵，完全靠氣流決定其飛行的方向與速度。

14 飛船必須靠比空氣輕的氣體，在空中取得浮力。飛船中最常用的氣體是氫氣（Hydrogen）與氦氣（Helium）。氦氣安定性佳，是飛船最理想的氣體。在飛船發展的高峰期1920~30年代，氦氣是稀有氣體，主要生產國是美國。但是德國無法取得美國供應氦氣，所以它的飛船都被迫使用高度易燃的氫氣。1937年5月6日德國興登堡號總統號飛船在美國紐澤西州海軍航空站降落，瞬間燒毀就是因為整個球體全都是易燃的氫氣。

15 除了氫氣與氦氣外，還有直接以空氣取得浮力，也就是一般常見的熱氣球（Thermal Balloon）。熱氣球升空的原理，和中國的「天燈」完全一樣，在氣球底部用火燃燒，被氣球籠罩在內的空氣被加熱後密度變小體積變大，比外面的冷空氣輕就可以浮起升空。但是其重量還是沒有氫氣或氦氣這麼輕，所以其浮力不足以支持商業或軍事用途的酬載量（Payload）。

16 飛船的黃金時代，是在固定翼飛機的發展還是幼稚期的1900~1930年代。歐洲各國紛紛投入發展飛船在軍事上與商業上的運用。歷史上最有名也是最大的飛船德國興登堡總統號，足以搭載130 機組人員與旅客，以每小時135公里的速度，做橫跨大西洋的飛行。隨著固定翼飛機的發展，以及興登堡總統號戲劇性墜毀燃燒造成35名人員傷亡的慘劇發生後，便逐漸步入了歷史。

17 結論 日常生活可以看到的例子還有氣球，天燈跟魚在水中升浮。 雖然現在運用到浮力的機會比較小了，但是人類利用浮力完成了升空的夢想。