胡義嘎

（赤峰學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

物體在流體里移動過程中浮力及其它力的做功情況分析

胡義嘎

（赤峰學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

簡要分析研究物體在流體里移動過程中浮力及其它力的做功情況，對物體在流體里移動情況及受力情況進(jìn)行分類，進(jìn)而分析研究物體在流體里移動過程中浮力及其它力的做功情況.

物體；流體；移動；受力情況；浮力；做功情況；分析

1 引言

流體力學(xué)，是研究流體(液體和氣體)的力學(xué)運動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科.主要研究在各種力的作用下，流體本身的狀態(tài)，以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態(tài)之間的相互作用的力學(xué)分支.流體力學(xué)是力學(xué)的一個重要分支，它主要研究流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運動狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動的規(guī)律.流體力學(xué)涉及的范圍比較廣，在生活、環(huán)保、科學(xué)技術(shù)及工程中具有重要的應(yīng)用價值.

全面系統(tǒng)地分析研究物體在流體里移動過程中浮力及其它力的做功情況，是流體力學(xué)的一個重要的研究課題.不但對豐富流體力學(xué)的學(xué)術(shù)研究具有很好的理論價值，并且為解決有關(guān)流體力學(xué)的實際問題具有廣泛的應(yīng)用價值.雖然，在有關(guān)書籍、雜志、學(xué)報里看到一些分析研究物體在流體里移動過程中浮力及其它力的做功情況的論述，但都是比較片面、比較單一，不夠全面、不夠系統(tǒng).所以，全面系統(tǒng)地分析研究物體在流體里移動過程中浮力及其它力的做功情況，是一項很有必要、并且具有重要意義和學(xué)術(shù)價值的工作.

2 研究方法

我們由人類長期的科學(xué)研究工作經(jīng)歷和具體實踐經(jīng)驗可知，把一個復(fù)雜的問題一次直接解決是比較麻煩、比較困難的.但是，如果我們應(yīng)用“分析與綜合”的研究方法，先把一個復(fù)雜的問題分解成若干個簡單的問題，把它們一個一個地分析研究，分別都解決好了之后，再把它們綜合在一起，就能夠比較容易解決這個問題.

一般來說，物體在流體里所處的位置有各種各樣，物體在流體里移動的情況有多種多樣，物體在流體里移動過程中所受力也有多種多樣，這些力的做功情況當(dāng)然也錯綜復(fù)雜.所以，一次直接解決有關(guān)物體在流體里移動過程中浮力及其它力做功的綜合性具體問題是比較麻煩、比較困難的.這時，我們應(yīng)用“分析與綜合”的研究方法，根據(jù)實際情況先把它們分解成若干基本情況、基本途徑、基本類型等多個簡單的問題，把它們一個一個地分析研究，分別都解決好了之后，根據(jù)具體問題再把它們綜合在一起，就能夠比較容易解決有關(guān)物體在流體里移動過程中浮力及其它力做功的理論上的和實際中的復(fù)雜問題.

3 物體在流體里移動情況及受力的分類

3.1 物體在流體里移動情況的分類

一般來說，物體在流體里移動情況比較復(fù)雜，有多種多樣的運動形式.但是，無論怎么復(fù)雜，運動的基本形式有上浮、下沉、平移、轉(zhuǎn)動等.所以說，物體在流體里移動的一般情況雖然比較復(fù)雜，但是實際上往往是以上運動的基本形式中不同內(nèi)容的不同組合.或者說，把一個物體在流體里比較復(fù)雜的移動分解成上浮、下沉、平移、轉(zhuǎn)動等若干個運動的基本形式.

3.2 物體在流體里移動過程中受力的分類

在實際中，物體在流體里移動過程中，移動情況各種各樣，受力情況多種多樣，分析研究比較復(fù)雜.但是，我們對物體在流體里移動過程中的受力情況進(jìn)行分類的話，主要受到壓力（壓力差-浮力）、重力、摩擦力、粘滯阻力、外力等力的作用.

4 物體在流體里移動過程中浮力及其它力的做功情況分析

通常，物體在流體里的移動情況比較復(fù)雜，運動形式多種多樣；物體在流體里移動過程中，受力情況比較復(fù)雜，受力情況各種各樣.我們在這里，重點分析研究基本情況和主要問題.即：分別分析研究物體在流體里上浮、下沉、平移過程中浮力及其它力的做功情況.

4.1 物體在流體里上浮過程中浮力及其它力的做功情況

根據(jù)功的定義，物體在流體里上浮過程中，各力的具體做功情況是：由于浮力方向與位移方向相同，所以浮力做正功；由于重力方向與位移方向相反，所以重力做負(fù)功；由于粘滯阻力（摩擦力）方向與位移方向相反，所以粘滯阻力（摩擦力）做負(fù)功；外力做正功還是做負(fù)功或是不做功，由具體情況決定.外力方向向上時，做正功；外力方向向下時，做負(fù)功；外力在水平方向上或不存在外力或外力之和等于零時，不做功.

用公式（表達(dá)式）表示如下：

W=∑Wi=Fh·-G·h-f·h±F·h

或W=∫dw=∫Fh·dh-∫G·dh-∫f·dh±∫F·dh

4.2 物體在流體里下沉過程中浮力及其它力的做功情況

根據(jù)功的定義，物體在流體里下沉過程中，各力的具體做功情況是：由于浮力方向與位移方向相反，所以浮力做負(fù)功；由于重力方向與位移方向相同，所以重力做正功；由于粘滯阻力（摩擦力）方向與位移方向相反，所以粘滯阻力（摩擦力）做負(fù)功；外力做正功還是做負(fù)功或是不做功，由具體情況決定.外力方向向上時，做負(fù)功；外力方向向下時，做正功；外力在水平方向上或不存在外力或外力之和等于零時，不做功.

用公式（表達(dá)式）表示如下：

W=∑Wi=-Fh·+G·h-f·h±F·h

或W=∫dW=-∫Fh·dh+∫G·dh-∫f·dh±∫F·dh

4.3 物體在流體里平移過程中浮力及其它力的做功情況

根據(jù)功的定義，物體在流體里平移過程中，各力的具體做功情況是：由于浮力方向與位移方向垂直，所以浮力不做功；由于重力方向與位移方向垂直，所以重力不做功；由于粘滯阻力（摩擦力）方向與位移方向相反，所以粘滯阻力（摩擦力）做負(fù)功；外力做正功還是做負(fù)功或是不做功，由具體情況決定.外力方向向上或向下時，不做功；外力在水平方向上并與平移方向相同時，做正功.外力在水平方向上并與平移方向相反時，做負(fù)功.外力在水平方向上的合力等于零或在水平方向上不存在外力時，不做功.

用公式（表達(dá)式）表示如下：

W=∑Wi=-f·h±F·h

或W=∫dw=-∫f·dh±∫F·dh

5 結(jié)論

通過以上分析研究，我們得出如下結(jié)論：全面系統(tǒng)地分析研究物體在流體里移動過程中浮力及其它力的做功情況，是一項很有必要、并且具有重要意義和學(xué)術(shù)價值的工作.一次直接解決比較麻煩、比較困難的有關(guān)物體在流體里移動過程中浮力及其它力做功的具體問題，應(yīng)用“分析與綜合”的研究方法，根據(jù)實際情況先把復(fù)雜問題分解成若干個簡單的基本問題（基本情況、基本途徑、基本類型等），把它們一個一個地分析研究，分別都解決好了之后，根據(jù)具體問題再把它們綜合在一起，就能夠比較容易解決.物體在流體里的移動情況無論怎么復(fù)雜，運動的基本形式有上浮、下沉、平移、轉(zhuǎn)動等.所以說，把物體在流體里比較復(fù)雜的移動可以分解成上浮、下沉、平移、轉(zhuǎn)動等若干個運動的基本形式.物體在流體里移動過程中，主要受到壓力（壓力差-浮力）、重力、摩擦力、粘滯阻力、外力等力的作用.物體在流體里的移動過程中做功情況比較復(fù)雜，但是我們應(yīng)用“分析與綜合”的研究方法，根據(jù)功的定義，分別分析研究物體在流體里上浮、下沉、平移等基本過程中浮力及其它力的做功情況之后進(jìn)行綜合，即可解決.

〔1〕Potter/M.C.Wiggert/D.C Flud Mechanics.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

〔2〕R Resnick,D Halliday.物理學(xué)[M].科學(xué)出版社，1980.

〔3〕吳望一.流體力學(xué)[M].北京大學(xué)出版社，2004.

〔4〕周衍柏.理論力學(xué)教程（第三版）.高等教育出版社，2009.

〔5〕Joseph,H.Spurk.Fluid Mechanics.北京:世界圖書出版公司，2001.

〔6〕ЛДЛандау,ЕМЛифщиц.場論[M].北京:人民教育出版社，1959.

〔7〕程守洙，江之永.普通物理學(xué)（第五版）.北京:高等教育出版社，2002.

〔8〕張啟仁.經(jīng)典場論.北京:科學(xué)出版社，2004.

O35

A

1673-260X（2013）07-0015-02