中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148（2025）4-0068-2

通常認(rèn)為，浸在流體中的物體受到的浮力方向是豎直向上的，教科書(shū)（滬科版2024年修訂版）也是如此陳述的。但亦有學(xué)者認(rèn)為，物體所受的浮力方向并非一成不變地指向豎直上方，因?yàn)楫?dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體受到的浮力方向就可能發(fā)生偏移，不一定還是豎直向上的。以下結(jié)合流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)對(duì)比進(jìn)行探討。

1 認(rèn)為浮力方向并非豎直向上的觀點(diǎn)

《浮力一定是豎直向上嗎？》一文（以下簡(jiǎn)稱“文獻(xiàn)1\"）通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)探究，認(rèn)為處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的液體其表面會(huì)自然形成中央凹陷、邊緣隆起的拋物線形狀，如圖1所示。

水平浮力與常規(guī)豎直向上的浮力共同作用，對(duì)物體施加了一個(gè)合力，文獻(xiàn)1將這個(gè)合力稱為“合成浮力”，并由此認(rèn)為浮力的方向并非都是豎直向上的。

本文不認(rèn)同文獻(xiàn)1的觀點(diǎn)，因?yàn)槲墨I(xiàn)1將浮力“泛化\"了，物體受到的水平方向的力并不屬于浮力。

2 對(duì)浮力的深入分析

2.1 流體靜力學(xué)中浮力的方向分析

最早對(duì)浮力進(jìn)行深人研究的是阿基米德，他的發(fā)現(xiàn)奠定了靜態(tài)力學(xué)和流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)。

流體靜力學(xué)是研究流體在靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律的學(xué)科。阿基米德的著作《論浮體》是古代第一部流體靜力學(xué)著作，阿基米德因此被尊為流體靜力學(xué)的創(chuàng)始人。在《論浮體》中，阿基米德提出了著名的“阿基米德原理”：重于流體的固體放在靜止的流體中，所減輕的重量等于排去流體的重量。這一原理因與他解決王冠問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)而廣為人知。

當(dāng)物體部分或全部沉浸于此類旋轉(zhuǎn)液體中時(shí)，其兩側(cè)因液體深度差異而承受不同的壓力，這種壓力會(huì)形成一水平方向上的浮力。這一

在流體靜力學(xué)中，流體在自身重力的作用下內(nèi)部壓強(qiáng)呈現(xiàn)出下大上小的規(guī)律，從而會(huì)對(duì)浸在其中的物體的上下表面產(chǎn)生大小不同的壓力，物體受到的壓力差就是浮力。當(dāng)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，浮力的方向?yàn)樨Q直向上，與重力的方向相反。

2.2 流體動(dòng)力學(xué)中浮力的方向分析

流體動(dòng)力學(xué)是研究流體在流動(dòng)狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律的學(xué)科。流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)是流體力學(xué)的兩個(gè)重要分支。

當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，流體由于自身重力而對(duì)浸在其中的物體施加的浮力仍然存在（特殊情況除外，例如流體完全失重等），只是流體因?yàn)榱鲃?dòng)可能會(huì)“額外\"對(duì)物體施加力，兩者構(gòu)成了流體總動(dòng)力。在各細(xì)分領(lǐng)域中，那些“額外\"的力通常不歸類于浮力，而是與浮力區(qū)分研究。例如，在空氣動(dòng)力學(xué)中，飛機(jī)飛行時(shí)受到的升力、阻力等力并不歸類于浮力，而是區(qū)別于浮力被單獨(dú)研究，升力還有其專門(mén)的計(jì)算公式： L = ρ V T （升力 氣體密度 × 流速 x 環(huán)量值）2]。再如，航行在水面上的船除了受到浮力，還可能受到船吸效應(yīng)（兩船并排靠近行駛時(shí)會(huì)互相“吸引”）等各種情況下的橫向力，這些橫向力通常也被單獨(dú)研究，而不是歸類為浮力[3]。

既然流體因流動(dòng)而“額外\"對(duì)物體施加的力并不屬于浮力，那么流體動(dòng)力學(xué)中浮力的定義仍然應(yīng)當(dāng)是：流體由于自身重力形成的壓強(qiáng)梯度對(duì)浸在其中的物體施加的力?；诖硕x，流體動(dòng)力學(xué)中浮力的方向也應(yīng)是豎直向上的。

當(dāng)然，也有不少情況下物體在流體中并不會(huì)受到浮力。例如，當(dāng)流體和物體一起完全失重時(shí)，物體就不受流體對(duì)其的力，自然也不受浮力。亦有一些情況下，流體因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)而對(duì)物體施加的力并沒(méi)有被明確命名和詳細(xì)研究，但無(wú)論如何不能將其歸類于浮力。

2.3 文獻(xiàn)1中錯(cuò)誤之處分析

文獻(xiàn)1中旋轉(zhuǎn)的液體確實(shí)會(huì)對(duì)浸在其中的物體產(chǎn)生一個(gè)水平方向的力，但文獻(xiàn)1將其稱為“水平方向的浮力”是不合理的。

文獻(xiàn)1中所述的旋轉(zhuǎn)液體，本質(zhì)上是一種漩渦。漩渦對(duì)浸在其中的物體施加的力被細(xì)分為浮力、繞流升力和漩渦吸力等[4]。分析可知，文獻(xiàn)1中物體受到的水平方向的力屬于漩渦吸力，而非浮力。文獻(xiàn)1的主要錯(cuò)誤在于，其將水平力歸類于浮力，于是得出浮力的方向并不一定都是豎直向上的。這是將浮力“泛化\"了，混淆了浮力和其他力。

顯然，文獻(xiàn)1認(rèn)為流體對(duì)物體的力都應(yīng)當(dāng)歸類為浮力，按照此觀點(diǎn)，飛機(jī)升力也算是浮力，這顯然是不準(zhǔn)確的。

3 結(jié)論與教學(xué)建議

浮力特指流體由于自身重力形成的壓強(qiáng)梯度而對(duì)浸在其中的物體施加的力。在流體動(dòng)力學(xué)中，物體還可能受到流體因?yàn)榱鲃?dòng)而“額外\"施加的力（如阻力、升力等），但這些力在各個(gè)分支學(xué)科中并不被歸類于浮力。因此，可以認(rèn)為浮力的方向是豎直向上的。

一些學(xué)者把流體因?yàn)榱鲃?dòng)而“額外”對(duì)物體施加的力也歸類于浮力，從而認(rèn)為浮力并不一定都是豎直向上的，這是對(duì)流體動(dòng)力學(xué)和流體靜力學(xué)的混淆，也是對(duì)浮力和其他力的混淆。

現(xiàn)行各版本初中物理教科書(shū)的編排中，浮力內(nèi)容均在升力內(nèi)容之后。建議在浮力教學(xué)中，應(yīng)為學(xué)生厘清浮力和升力?？梢韵?qū)W生介紹：雖然兩者均由壓力差產(chǎn)生，卻又有本質(zhì)的不同。浮力的產(chǎn)生原因?yàn)椋何矬w上下表面所處的深度不同，流體由于自身重力的存在使其內(nèi)部壓強(qiáng)上小下大，繼而對(duì)物體上下表面產(chǎn)生壓力差。升力的產(chǎn)生原因?yàn)椋何矬w的不同表面接觸的流體流速不同，由于流體在流速大的地方壓強(qiáng)小，從而使得物體不同表面受到不同的壓力而產(chǎn)生壓力差。浮力的方向是豎直向上的，而升力的方向不一定豎直向上。通過(guò)對(duì)比，學(xué)生可將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，理解流體與物體相互作用的復(fù)雜機(jī)制，發(fā)展力與相互作用觀等物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢小麗，鄒靜.浮力一定是豎直向上嗎？[J].物理教師，2023，44（2）：72-73.

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[3]劉歐，宋國(guó)賓，袁小亮，等.考慮船間效應(yīng)和操縱性能的內(nèi)河船舶追越風(fēng)險(xiǎn)模型及應(yīng)用[J].中國(guó)航海，2024，47（1）：1-8，17.

[4]陳小莉，馬吉明.豎軸旋渦對(duì)丁壩壩頭塊石顆粒起動(dòng)的影響[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2007，26（5）：97-101，79.

（欄目編輯 蔣小平）