关于浮力教学的探讨

本文讨论了关于浮力的一些问题,给出了有意义的结果。     

阿基米德原理和浮力

物体受到的浮力,和物体浸在水中部分的体积相同的水的重量相等。 从本期起,新创立的“实验室”栏目将用绘图来解读科学的基本原理或法则。首先让我们来了解一下古希腊数学家阿基米德发现的“浮力”原理,也就是“阿基米德原理”。     

不规则物体体积测量的一种方法

设计了一个实验，用来测量不宜放入液体中的不规则物体的体积。     

电磁感应浮力演示装置实验分析

通过交流电电磁感应浮力演示装置实验,定性地测试出电磁感应浮力演示装置的磁场分布。运用楞次定律和法拉第电磁感应定律,从电磁学知识角度对电磁感应浮力实验现象进行理论上的分析。运用力学知识,对电磁感应环进行受力分析、速度分析、位移分析、影像记录比较分析和材料特性比较分析等。比较全面地探索了电磁感应浮力的规律,明确地提出了优化＂磁悬浮＂效果的设想。研究的成果可供教学、科研及技术应用参考。     

磁性液体二阶浮力的理论与实验研究

基于永磁体在磁性液体中受到的二阶浮力的仿真与计算问题,建立了重力场和磁场共同作用下的磁性液体平衡微分方程,推导了二阶浮力的计算公式,提出了一种高精度的二阶浮力的计算方法;将圆柱永磁体等效为同形状的无限薄电流线圈,计算了圆柱永磁体产生的磁场,并根据磁场计算得到二阶浮力;用实验测量了二阶浮力的大小,计算结果和实验结果具有很好的一致性.计算和实验结果表明:不断减小永磁体距离容器壁的距离,二阶浮力不断增大,且距离越小增大得越快.     

磁流体惯性传感中二阶浮力试验因素分析

阐述基于磁流体新材料惯性传感器的基本工作原理,二阶浮力是传感器正常工作的前提,提出活动磁块受力模型。基于此模型,分析影响二阶浮力的主要因素:活动磁块材料、活动磁块尺寸、磁流体及温度,为二阶浮力试验提供理论支持。     

Spar平台浮力罐碰撞疲劳分析

采用数值方法给出浮力罐受碰撞载荷作用位置在不同参数下的应力范围,然后用线性累积损伤理论计算出碰撞位置的相应疲劳寿命.计算结果表明:增加浮力罐舱壁的厚度可以使碰撞位置的疲劳寿命略有增加;增加浮力罐舱壁的直径可以使碰撞位置的疲劳寿命略有减少;海水压力使浮力罐上部碰撞位置的疲劳寿命略有增加,使浮力罐下部碰撞位置的疲劳寿命显著下降;浮力罐下部碰撞位置的碰撞疲劳寿命远高于上部碰撞位置的碰撞疲劳寿命.     

漂浮小魔术

在我们的周围有很多现象都很有趣,若细究起来还真有很多的道理,只不过我们生活在其中,习以为常,并不在意。我们知道,流体都可以对被包围的物体产生浮力,浮力的原理也很简单,物体要占据本来流体所占据的空间,物体排出流体的所受的重力就等于物体所受浮力的大小。     

对一个“浮力”问题的几种错解的分析

题目：一个上底面大于下底面体积为V的圆台，将其完全浸入密度为p的液体中，下底面与容器底面紧密结合，如图1所示，求这个圆台所受液体的浮力？     

永磁磁力轴承的悬浮力的计算方法分析

阐述了虚功原理的有限元计算方法，采用虚功原理法对轴向永磁磁力轴承进行了悬浮力的分析和计算，并就该类轴承的两磁环之间的气隙和结构参数对轴承性能的影响进行了研究。计算结果表明，对轴向永磁磁力轴承，两磁环之间的气隙和结构参数对悬浮力有明显的影响，它为永磁磁力轴承的设计优化提供了理论依据。     

浅埋地下结构浮力模型试验研究

针对浅埋地下结构浮力试验的特点,研制了一套直接测定静水中结构底板所受浮力的模型试验系统.根据纯水中扬压力等于静水压力,确定了主要系统参数.利用该系统,对不同埋深下纯水、饱和砾石、中砂、细砂、粉土和黏性土中模型室底板受到的浮力及孔隙水压力进行了测试.试验结果表明,该系统在纯水中浮力测试的最大误差小于1%.饱和砾石、中砂、细砂和粉土中模型室底板所受浮力比其在相同条件下的纯水中受到的浮力小约5%,而饱和黏性土中模型室底板所受浮力与其在相同条件下的纯水中受到的浮力相等.饱和粉土和黏性土在填筑过程中,底板所受浮力极大,并可能超过被其排开的饱和土的重量,且测压管水头在填筑过程中均超过填土面高度,埋置越深的测压管水头越高.长期稳定状态下,饱和无黏性土和黏性土中各测压管中水头高度均与填土表面齐平.     

一个浮力成因实验的定量计算

从浮力产生的原因这一基本规律出发，采用替代法和数学推导得到小球浮起时液面高度差应满足的条件，给出一个浮力成因实验的高度差计算过程与结果．     

匀质、静止流体中刚性物体所受的浮力

根据流体静力学的结论,计算了重力场内匀质、静止流体中刚性物体在三种不同情形下所受的浮力,与阿基米德原理给出的结论一致。计算和讨论过程加深了对浮力本质的认识。     

自然对流气体的摆特性与浮升力

发现了密闭腔中自然对流气体有摆现象。论证了自然对流气体的浮升力及其与温度变化的关系,指出利用在浮升力作用下自然对流气体的摆特性能敏感加速度和倾角。     

测定物体微小质量变化的浮力天平原理与设计

利用双光束干涉原理与浮力定律,对一台能测定物体微小质量变化的浮力天平原理与设计进行了讨论.结果表明：无论是浮力天平的感量、灵敏度、最大载荷、精度等,都要比现有的天平优越,并具有广泛的应用领域.     

单室火灾中浮力修正的雷诺应力模型

本文用场模化法研究了浮升流在室内的运动规律.推导了有浮力修正的雷诺应力方程,结合相匹配的数值方法,编制了专门的计算机程序,求解了单个房间,单个热源,火灾烟气发生、发展各时刻的温度场和速度场,并用绘图软件处理.验证了烟气运动的几个典型现象,并与用普通雷诺应力模型的求解做了比较,认为推导的浮力修正雷诺应力模型能给出更为符合实际的结果.     

用曲面积分计算浮力的作用点

从液体的压强公式出发,通过曲面积分,分2种情况,即静止液体密度均匀、物体密度分布任意时的情况和静止液体密度不均匀时的情况,求出浮力的作用点位置.同时也给出了一个通过空间曲面积分化简空间力系的实例.     

超临界压力下浮升力对航空煤油流动换热影响

通过RNG两方程模型结合增强壁面处理法的数值方法,研究了不同重力加速度下,浮升力对超临界压力下水平圆管内RP-3煤油流动换热的影响。建立、验证了计算模型;分析了RP-3煤油在拟临界区热物性变化,并对流动换热受浮升力影响判别准则的适用性进行了比较分析。结果表明:在拟临界温度附近煤油热物性的剧烈变化导致的浮升力作用下,水平圆管内产生较强的二次流动;二次流动减弱上壁对流换热,增强下壁对流换热,增大下壁摩擦阻力,减小上壁摩擦阻力,流动压力损失略有增大;随着重力加速度的增大,浮升力对换热和流动的影响更加显著;最后分析得出Protopopov准则能较好地描述浮升力对超临界压力煤油换热的影响规律和程度。     

浮升力在竖直通道湍流中的作用

采用直接数值模拟方法研究了在不同湍流引发机制作用下竖直槽道湍流中统计量的变化以及湍流结构的变化,分别给出了强迫对流、混合对流和自然对流湍流时平均速度、平均温度、湍流脉动强度、雷诺切应力的统计结果以及湍流结构.结果表明:与强迫对流时相比,混合对流时浮升力作用使高温侧的平均速度升高,速度脉动强度降低,而低温侧的平均速度降低,速度脉动强度升高;浮升力使温度脉动强度在壁面附近区域显著增强,而在通道中心区域变弱.与强迫对流和混合对流的情况相比,自然对流的平均速度分布关于通道中心线反对称,通道中间区域的速度脉动强度最大,温度脉动强度则最小;雷诺应力最大值出现在通道中心区域,而负的雷诺应力产生在壁面附近.