什么是浮力计算器？
这款工具基于阿基米德原理，计算浸入流体中的物体所受到的浮力（向上的托力）。阿基米德原理指出：任何全部或部分浸入流体中的物体，都会受到一个向上的力，其大小等于被该物体排开的流体所受的重力。本计算器适用于任何流体，只要采用一致的国际单位制（SI）数据即可，因此具有普适性，不依赖任何国家或地区的特定假设。
使用方法
输入三个数值：流体的密度（kg/m³）、物体排开流体的体积（m³），以及重力加速度（m/s²，在地球上通常取 9.81）。对于完全浸没的物体，排开体积等于物体自身的体积；对于漂浮的物体，则只取浸入水中部分的体积。计算结果会给出以牛顿（N）为单位的浮力，以及以千克（kg）为单位的被排开流体质量。
公式详解
核心公式为 Fb = ρ · V · g，其中 ρ 为流体密度，V 为排开体积，g 为重力加速度。乘积 ρ·V 即被排开流体的质量，再乘以 g 便把质量换算成重力（即力）。常见流体密度参考：淡水 ≈ 1000 kg/m³，海水 ≈ 1025 kg/m³，空气 ≈ 1.225 kg/m³。
实例演算
某物块在地球上（g = 9.81 m/s²）排开了 0.05 m³ 的淡水（ρ = 1000 kg/m³）。其所受浮力为 F = 1000 × 0.05 × 9.81 = 490.5 N，被排开的水的质量为 1000 × 0.05 = 50 kg。如果浮力大于物体自身的重力，物体便会上浮。
常见流体密度
浮力直接取决于排开流体的密度 \(\rho\)，关系式为 \(F_b = \rho \, V \, g\)。下表列出了标准温度下（约 20 °C，除非物质的正常状态不同）的代表性密度。单位为千克每立方米（kg/m³），这是本计算器使用的SI单位。
| 流体 | 密度 (kg/m³) | 备注 |
|---|---|---|
| 淡水 | 998 | 20 °C；4 °C时约为1000 |
| 海水 | 1025 | 典型海洋盐度 |
| 油（轻质原油／植物油） | ~900 | 变化范围 850–950 |
| 汽油（汽油） | ~745 | 变化范围 720–775 |
| 乙醇 | 789 | 纯净，20 °C |
| 汞 | 13534 | 液态金属，20 °C |
| 甘油（甘油） | 1261 | 20 °C |
| 空气 | 1.204 | 干空气，20 °C，101.325 kPa |
| 氦气 | 0.1664 | 0 °C，101.325 kPa |
例如，一个 0.010 m³ 的物体完全浸没在海水中（\(\rho = 1025\) kg/m³），在标准重力加速度下受到的浮力为 \(F_b = 1025 \times 0.010 \times 9.80665 = \) 100.5 N。这里所示的空气密度可以根据理想气体定律独立推导，对于给定的压力和温度。
常数和参考值
浮力公式使用三个量。保持一致的 SI 单位可确保结果以牛顿 (N) 为单位：
| 符号 | 量 | SI 单位 |
|---|---|---|
| \(F_b\) | 浮力 | 牛顿 (N = kg·m/s²) |
| \(\rho\) | 流体密度 | kg/m³ |
| \(V\) | 排开体积 | m³ |
| \(g\) | 重力加速度 | m/s² |
重力的标准值是国际定义的 标准重力加速度，\(g_0 = 9.80665\) m/s²。实际的局部值随纬度和海拔高度而略有变化：
| 位置 | g (m/s²) | 相对于标准值 |
|---|---|---|
| 标准重力加速度（定义） | 9.80665 | — |
| 赤道（海平面） | ≈ 9.780 | 略弱 |
| 两极（海平面） | ≈ 9.832 | 略强 |
| 月球（表面） | ≈ 1.62 | ≈ 地球的 1/6 |
| 火星（表面） | ≈ 3.72 | ≈ 地球的 0.38 |
赤道和两极重力加速度之间的差异（约 0.5%）源于地球自转及其扁球形。对于大多数工程和物理问题，标准值 9.80665 m/s²（通常四舍五入到 9.81 m/s²）已足够准确。
解释您的结果
浮力 \(F_b\) 是流体对排开它的任何物体施加的向上推力。为了预测物体是浮起来还是沉下去，将 \(F_b\) 与物体的重量 \(W = m g\) 进行比较：
- 浮起来：如果最大可能的浮力（物体完全浸没）大于或等于重量，\(F_b \ge W\)。物体上升，直到只有足以排开等于其自身重量的流体的体积被浸没。
- 沉下去：如果即使完全浸没，\(F_b < W\)，净力向下，物体下沉。
- 中性浮力：当 \(F_b = W\) 时，净竖直力为零，物体在任何深度悬浮——这是潜艇或水肺潜水员调节的条件。
一个有用的等价测试将物体的平均密度 \(\rho_{obj}\) 与流体密度 \(\rho_{fluid}\) 进行比较：当 \(\rho_{obj} \le \rho_{fluid}\) 时物体浮起来，当 \(\rho_{obj} > \rho_{fluid}\) 时物体沉下去。这就是为什么钢制船体可以浮起来——其平均密度（钢加上封闭的空气）低于水的密度。
完全浸没时的视重
对于不浮起来的浸没物体，浮力减少了您必须支撑的力。视重等于真实重量减去浮力：
$$W_{apparent} = W - F_b = m g - \rho V g$$例如，一个在空气中重 50 N 的固体物体，排开 0.002 m³ 的淡水（\(\rho = 998\) kg/m³），失去浮力 \(F_b = 998 \times 0.002 \times 9.80665 = \) 19.57 N，因此其视重（浸没时）约为 30.4 N。这个视重损失正是当物体被放入水中时悬挂的磅秤所读到的，它是经典的阿基米德密度测量方法的基础。
常见问题
浮力与物体本身的重量有关吗？无关。浮力只取决于被排开的流体（密度 × 体积 × 重力加速度）。物体能否漂浮，取决于把浮力与物体自身的重力进行比较。
物体漂浮时该用多大的体积？只取浸没在水中部分的体积，因为只有这部分才会排开流体。
计算结果使用什么单位？力的单位为牛顿（N），前提是输入采用 SI 单位：kg/m³、m³ 和 m/s²。
