物理论文发表浅谈船舰排水量

　　摘要：物体在水面或水中都受到各种作用力，这些力也直接关系着其平衡与沉降。影响这些力大小的关键因素是排水量，文章通过受力分析，从阿基米德原理、替换原理来剖析排水量的深层含义。

　　关键字：排水量,体积,平衡,替换

　　排水量是物体排开水的质量，它与当前的生活、军事联系紧密。在湖泊和河流中航行的船只，在海洋里演习的舰艇，以及潜在水面以下的潜艇，它们能否正常工作首先就与其排水量有关。掌握好排水量的本质特点，能够快速的解决很多实际问题。

　　先分析一下物体在水中的受力状态，从而得出排水量的一些基本特性。

　　一、物体在水面下受到的作用力

　　如图1，物体淹没在水中，在其上方，有水对其向下的作用力P1，在其下方有水对其向上的作用力P2，哪个作用力更大呢?这里可以引入静水压强的概念，可以了解到，同等条件下，在水中越深的地方受到的静水压强越大。而物体前后左右水深相同，于是前后左右的静水压强可以对应抵消，所有只有向上或向下的作用力。如果图1是正方体，根据静水压强的基本方程：其实这个垂直向上的力就是物体受到的浮力。

　　二、物体在水面上受到的作用力

　　物体浮在水面上，同样受到上、下两个面的力，不过这次其上受到的是大气压力，其下才为静水压力，根据同样的方法，利用静水压强的基本方程：那么物体上、下面的静水总压力为：则压力差就是当然，这个垂直向上的压力也是物体受到的浮力。

　　三、船舰排水量

　　1、阿基米德原理

　　对于图1，如果水中没有物体，那么物体所处位置必定被水填充，而且保持平衡。沉于水下的正方体物体体积与对应填充水体的体积相等，则求用来填充物体的这部分水体的体积为：由上式求得的水的体积，可得此部分水体的重力为如果水面上没有物体，那么用来填充物体所占水面以下空间的水体体积为同样可求得该部分水体的重力为：

　　①③式相同的结果、②④式相同的结果可以说明一个结论：物体处于水面下或浮于水面上时，水体作用于物体的总压力只有一个铅垂向上的力，其大小等于该物体所排开的那部分水的重力，这就是阿基米德原理。

　　2、替换原理

　　前面为了计算方便，都是以正方体为模型来进行分析的，但无论什么形状(如图3普通船舰)，都是满足的。

　　当然，这里可以更便捷的从替换的角度来进行分析。

　　在静水中取一块任意形状的水体作为研究对象，那么这个研究对象受力平衡，包括水平方向平衡和铅垂方向平衡。研究对象在铅垂方向受到浮力和自身重力，铅垂方向平衡说明浮力等于自身重力，即F研浮 = G水。

　　设想把这个研究对象(任意形状的水体)取出，用相同形状、相同体积的其他物体在原来的位置进行替换，由文章前两大点的论证可以引申，替代物在水面上、下受到的作用力必然和研究对象相同，所以替代物受到的浮力也与研究对象受到的浮力相同，F物浮 = F研浮。即使物体在水下处于更深(或更浅)的位置，物体上、下面受到的静水压力虽然会增大(减小)，但根据之前提到的静水压强的基本方程可知，静水压强(静水压力)随水深H的增大而呈一次比例增大关系，所以其压力差(浮力)不会变化。

　　结合以上两个公式F研浮 = G水 与 F物浮 = F研浮，可知F物浮 = G水，即物体沉于水面下时受到的浮力等于其排开的相同体积的水的重力，如果在水面上，同样可得知其浮力等于排开的那部分水体的重力。

　　根据以上分析可以说明，物体在水中受到的浮力大小，与物体形状没有关系;与物体沉没于水面下的深浅也没有关系，只与排水量有关。

　　3、正确理解排水量

　　在军事和生活生产中，潜艇的状态如图1，可完全沉于水面下;其它船舰如图2，浮于水面上。在这里特别注意的是，排水量为物体排开水体的重量，这个重量意为质量而不是重力。因为排水量的单位为质量的单位千克(kg)或吨(t)，而不是牛(N)或千牛(kN)，比如我国的辽宁号航母，标准排水量为57000吨。

　　那么物体在水中是上浮还是下沉呢?什么因素决定物体的上浮或下沉呢?

　　无论物体沉于水面下(图1)，还是物体浮于水面上(图2)，其受到的静水总压力总是铅直向上的浮力。当然，不管哪种情况物体总还会有自身重力，可以设想物体在水面下时(如图1)，如果：

　　⑴ 重力大于浮力时G>P，物体下沉最终到水底，河床底部或容器底部给予下沉物体一个新的向上的阻力F，物体重新得到平衡G=P+F，物体静止于水底。

　　⑵ 重力等于浮力时G=P，物体将悬浮于水体中。

　　⑶ 重力小于浮力时G

　　根据以上三点可知，物体的沉浮决定因素不是排水量，而是物体排开的那部分水体的重力(即浮力F浮=G水)与物体自身重力的大小关系。

　　四、结束语

　　由以上论述可以发现，无论是船舰还是其它物体，其在水中是上浮还是下沉，其最终沉到水底还是浮于水面，其重力、排水量与浮力的关系和作用，都有紧密的联系。同时，可以认识到，船体能浮于水面的本质原因不是其底部的弧面形状，底部弧形除了是适应流水线的要求外，也增加了自身体积，随自身重力作用和吃水深度(即船舰沉入水下部分的最大高度)增加，从而增大了排水量，加大了船体所受到的浮力。浮力的增大才保证一定重量的船舰能浮于水面。

　　当前，排水量应用还很广泛，比如隐形潜艇设计方面，排水量的大小也直接影响着潜艇的隐形效果。在今后的发展中，排水量的作用将会更加重要。

《物理论文发表浅谈船舰排水量》

上一篇：电力工程师职称范文电力安装与节能施工要点

下一篇：建筑装修评职范文玻璃幕墙的施工方案