问题

失重状态下浮力还存在吗?

回答
在回答这个问题之前,我们得先理解一下失重究竟是什么意思。通常我们所说的“失重”,并非物体真的失去了重量,而是指物体在特定环境下,比如在太空中,由于没有明显的支撑反作用力,使得它表现出一种“不承压”的状态。你可以想象一个宇航员在国际空间站里,他之所以会飘浮,是因为空间站和宇航员都在围绕地球做着高速的自由落体运动。

那么,浮力呢?浮力的产生,本质上是因为液体(或者气体)对浸入其中的物体向上托举的作用力,而这个力的产生,源于液体内部压力随深度的变化。换句话说,在液体深处,液体的压力会比浅处更大,这个压力差就形成了向上的浮力。

现在我们把这两者结合起来看:失重状态下,物体真的就“漂浮”在空中,它没有受到地球引力向下的拉扯,也就没有因为没有支撑而产生“重量”的感觉。但是,浮力这个概念,是建立在液体(或气体)对浸入物体的压力差基础上的。

设想一下,如果在失重状态下,你把一个物体浸入水中(当然,在失重环境中,水本身也会以液滴或团块的形式漂浮,但这不妨碍我们思考这个物理概念)。即便在失重状态下,水分子仍然会占据一定的空间,并且由于水的整体质量,它在局部仍然会产生一定的压力。如果一个物体被这个水团包围,水团在物体下方仍然会比上方承受更大的压力,就像你在普通水里潜水一样,越深压力越大。

因此,严格来说,只要存在一个流体(液体或气体),并且物体浸入其中,流体就会对其产生压力差,从而产生浮力。失重状态下,物体相对于它所处的流体(比如太空中的尘埃、零散的水滴)而言,如果被包裹其中,是会存在浮力的。

只是,在许多我们设想的“失重”场景下,例如在太空中的空间站,物体往往并非浸没在某种连续的流体中。它们是在真空中漂浮。在真空中,没有可以产生压力差的“流体”,也就没有浮力存在的物理基础了。

所以,问题的关键在于,失重状态下,物体是否被浸没在某种流体中。如果在失重状态下,你把一个物体扔进一个巨大的水箱里(假想一下),那么水对物体产生的浮力依然存在,因为它所依赖的液体压力差依然存在。但是,如果你说的失重是指在真空中,那么自然也就没有浮力了,因为根本不存在可以产生浮力的介质。

总而言之,浮力产生的根本原因——流体内的压力差——在失重状态下,只要有流体存在并且物体浸入其中,那么浮力就依然存在。失重只改变了物体相对于引力的受力状态,但没有改变流体本身的属性以及流体对浸入物体的作用力产生的基本原理。

网友意见

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存在和不存在都对……


说不存在的原因很简单,浮力源自于重力,没有重力就没有浮力,所以失重状态没有浮力。不过根据广义相对论,加速度与引力场等价,所以在加速度模拟重力的场景,模拟的重力也能产生浮力。


说存在的原因是,失重只不过是失去地球引力产生的效果,但是只要是有质量的物体就会产生引力。考虑很大一个水球悬浮在空中,那么水球自身的质量就可以产生“重力”使得水球中心压强大于边缘压强,就可以产生出浮力……但是通常来说我们能见到的水球都太小,但这不代表不存在……

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浮力等于排开水的重量,失重状态下水的重量为零,所以浮力为零。

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更正:有知友指出水的自体质量产生的引力场依然存在重力,所以在水的表面依然能产生浮力,这是对的,虽然这个浮力很小,但依然存在。所以,失重情况只能近似的认为没有浮力。

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