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图 6-5
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6.1.3 浮力
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地面附近，在静止的流体区域中取一块体积为V的流体，它的一部分表面可能就是流体区域的表面，另一部分表面必在流体区域内，后者记为S．通过界面S，体积V内的流体因压强所受合力为
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其中面元矢量dS如图6-6所示．此力须与重力平衡，方向竖直向上，称为浮力，记为F浮，有
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图 6-6
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可见这一块流体所受浮力的方向竖直向上，大小等于这一块流体所受重力的大小．一个物体各部位所受重力的力学效果，可等效为合重力作用于物体某个特殊点部位的力学效果，这一点部位即为物体的重心．既然V内流体处于平衡状态，可以理解，F浮对流体块作用的力学效果，可等效为F浮作用于流体块重心处的力学效果，于是流体块的重心又成为浮力的浮心．
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在静止的流体区域中放一块其他物体，平衡时部分或全部处在流体区域内．在流体区域内的那部分体积记为V，与流体交界面记为S，参照图6-7，此物块因流体压强所受力还是，方向竖直向上，仍是浮力．式（6.4）依然成立，这可表述为：一个物体在流体中所受浮力，方向竖直向上，大小等于该物体所排开的流体所受的重力．历史上，这一结论首先由古希腊学者阿基米德（Archimedes）于公元前3世纪给出，因此称为阿基米德原理．略去流体密度随深度的变化，（6.4）式可简化为
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图 6-7
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物体在流体中处于运动状态时，若流体压强分布与静态压强分布相差不大，物体因流体压强所受浮力仍可用（6.4）式表述．除了浮力外，运动物体还会受到流体的其他作用力，如黏性阻力．
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浮力对物体的力学效果自然还是可以等效为浮力作用于浮心的效果，浮心仍在所排开的流体块的重心位置．浮在流体中的物体处于平衡位置时，重心G与浮心B在同一竖直线上，如图6-8所示．当物体朝某一侧倾斜时，重心G位置不变，新的浮心B＇与重心G一般不在同一竖直线上．G的位置也是物体质心位置，若此时浮力相对G的力矩方向与原倾斜的偏转方向相反，如图6-9所示，物体便有恢复原平衡位置倾向，原平衡便是稳定的．如果浮力相对G的力矩方向与原偏转方向相同，如图6-10所示，物体便会继续扩大偏转，原平衡便是不稳定的．船舶设计时，需考虑到这一因素．
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图 6-8
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图 6-9
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