阿基米德定律（Archimedes' law）是流體靜力學(xué)的一個重要原理。它指出，浸入靜止流體中的物體受到一個浮力，其大小等于該物體所排開的流體重量，方向豎直向上并通過所排開流體的形心。結(jié)論對部分浸入液體中的物體同樣是正確的。同一結(jié)論還可以推廣到氣體。是古希臘學(xué)者阿基米德總結(jié)出的一條定律。
傳說希倫王召見阿基米德，讓他鑒定純金王冠是否摻假。他冥思苦想多日，在跨進澡盆洗澡時，從看見水面上升得到啟示，作出了關(guān)于浮體問題的重大發(fā)現(xiàn)，并通過王冠排出的水量解決了國王的疑問。人們?yōu)榱思o(jì)念阿基米德，叫這條定律為“阿基米德定律”。
阿基米德定律公式及其推導(dǎo)的數(shù)學(xué)表達式是：，阿基米德定律適用于全部或部分浸入靜止流體的物體，要求物體下表面必須與流體接觸，適用于液體，也適用于氣體。阿基米德定律的發(fā)現(xiàn)奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)。
定義
阿基米德定律定義是：浸在液體中的物體都受到向上的浮力，而浮力的大小與它排開液體的重量是相等的。浮在液面上的物體受到的浮力（亦即它排開液體的重量）總是與它的重量相等：重量增加（例如乘客上船或裝貨），它就會自動下沉一些，多排開些液體，以增加浮力；重量減少（如乘客下船或卸貨），它會自動上浮一些，少排開些液體，減少浮力，從而自動維持平衡。這正是浮體的自然屬性，是由阿基米德定律所揭示的。其數(shù)學(xué)表達式為。
簡史
公元前250年，古希臘敘拉古斯國的國王希羅給珠寶工匠—錠稱過重量的金子，叫他制作一頂皇冠?；使谥瞥珊?，因為王冠的成色較淡，國王希羅懷疑珠寶工匠盜去了部分黃金而摻進了等量的白銀，于是，委托宮廷科學(xué)家阿基米德想出辦法，查出這樁舞案。
阿基米德苦思無果，一次洗澡時，他發(fā)現(xiàn)水溢出，猜想溢出水量的體積等于浸入水中的體積。這個發(fā)現(xiàn)令他興奮不已，未及穿衣便奔向皇宮，高呼：“尤里卡！尤里卡！”。從此，這句話成為科學(xué)大發(fā)現(xiàn)的標(biāo)志。通過測量王冠的體積和純金的體積，阿基米德證明了工匠確實摻入了銀。阿基米德經(jīng)過實驗，證實了他的想法：溢出水量的體積確實等于物體浸入水中的體積。只需將王冠浸入水中，通過溢出水量的體積，即可計算出王冠的體積。然后與等體積的純金體積進行比較，便可判斷王冠是否由純金制成。如果王冠中摻入了銀，驗證過程將更為復(fù)雜。最終，“皇冠”被證實是由銀和金混合制成，工匠因此被希羅王處以死刑。
適用條件
阿基米德定律的適用條件，即：物體在液體中受到的浮力在數(shù)值上等于物體排開液體的重力，只適用于物體靜止或勻速直線運動的情況。如果物體的下表面并未全部同流體接觸，例如，被水浸沒的橋墩、插入海底的沉船、打入湖底的樁子等，在這類情況下，此時水的作用力并不等于原理中所規(guī)定的力。如果水相對于物體有明顯的流動，此原理也不適用（見伯努利方程）。如果物體在液體中加速下沉或加速上浮，則所受浮力將增大或減小。在理想情況下，設(shè)物體在液體中加速上浮(或下沉）時,有同體積的液體向相反方向作加速運動，則物體所受浮力，亦可證得此時物體加速度為：，式中為物體密度，為液體密度，為物體靜止時所受浮力，為重力加速度。
應(yīng)用
船舶
為了使密度大于水的材料制成的物體能浮在水面上，可以將其做成空心的，以增大排水體積，降低物體的平均密度。通過這種方式，輪船可以漂浮在水面上。當(dāng)輪船滿載貨物時，吃水深度更大，即下沉更深。輪船的載重能力由排水量表示，即滿載貨物時排開水的質(zhì)量。排水量大的輪船具有更強的載貨能力。例如，一艘排水量為1×10?t的輪船，其自身質(zhì)量與最大載貨重量的和為1×10?t。當(dāng)泰坦尼克號撞到冰山后，船體內(nèi)進水，其平均密度增大，最終當(dāng)重力大于浮力時，它開始下沉。冰塊可以浮在水面上是因為冰的密度與水相差不大，但冰的密度略小于水。因此，漂浮的冰塊只有一小部分露出水面，對船舶造成較大危險。
潛水艇
潛水艇通過調(diào)整自身的重量來實現(xiàn)上下運動。它有多個平衡水艙，當(dāng)潛水艇需要下潛時，會往這些水艙中注水，增加總質(zhì)量，使其大于排水量，從而潛入水中。要上浮時，則會排出水，降低總質(zhì)量，使其小于排水量，從而實現(xiàn)上浮。
魚類的活動
魚類的活動可以通過阿基米德定律和物體的浮沉條件來解釋。魚類有一個氣囊，可以膨脹或收縮。當(dāng)魚膨脹氣囊時，排開更多的水，增大浮力，當(dāng)浮力大于重力時，魚就能向上游動。相反，當(dāng)魚要向下游動時，它會縮小氣囊，使浮力小于重力。
密度計
當(dāng)密度計浸入不同液體時，盡管浸入深度不同，但受到的浮力是恒定的。根據(jù)阿基米德原理，這個浮力等于密度計排開的液體的重力。由于液體的密度越小，密度計浸入液體的深度越深，排開的液體體積也越大。因此，密度計的讀數(shù)是上小下大。
熱氣球
熱氣球內(nèi)部加熱的是密度小于空氣的氣體。在地面時，通過增大體積來增大浮力，當(dāng)浮力大于自身重力時，熱氣球升空。升空后，浮力保持不變。氣球內(nèi)氣體會熱脹冷縮，通過控制氣體溫度來調(diào)節(jié)重力，從而實現(xiàn)升降。
參考資料 >