力学探秘2---阻力与浮力

在《力学探秘——阻力围城》里，我谈到了液态物质的阻力性问题，并阐述了一下自已对液态物质阻力的一种看法，认为：液态物质的浮力实际上是液态物质对其它物质所表现出的一种阻力形式，同时这种阻力形式也是自然界中各种阻力现象中的一种。现在科研界讨论液态物质的阻力多出现在液态物质的动力阻力的方向上，如轮船的航速与液面的横向阻力的大小，潜艇的深水潜航阻力（包括摩擦阻力、旋涡阻力、突出体阻力，从广义力学角度讲应视为前阻力与船身摩擦力，及涡流阻力）及运动员的运动阻力，而液态物质由地心向上的阻力却因阿基米德而被定义成了“浮力”，为什么会这样呢？是因为地球引力及气态与液态物质所具有的运动活性较强的缘故，使以地球大气层与地心为半径的直线距离路径上的气态与液态物质的阻力现象发生了直观的运动形态，密度小于液态或气态的物质迫于气态或液态物质的上下压差沿着半径直线被逐级推往上一级密度较小的层面，使这种物质最终达到一个悬浮状态。在液态或气态物质中被排斥物质为什么在被排斥时会以直线方式逐级上升呢？这是因为物质从高压区向低压区运动时均服从最短距离运动规则，而这种运动规则的形成主要是因为直线距离的压强最小的原因。

浮力实际上是液态或气态物质的一种向上的阻力，如果我们把这种浮力与被排斥物质的作用方向沿水平方向旋转45度，那么，我们就可以清晰地看出，这种向上的浮力就变成了这种运动物质（被排斥物质）向前运动时的前阻力了，它阻碍着这种运动物质向前的运动状态，而这种物质的质量在与地心垂直状态下因地球的吸引变成了一种向地心的运动动力，在水平方向时又因地球的横向引力作用变成了一种自身阻力，这时如果运动物质的质量（自身阻力）小于液态或气态物质的内压力（这种内压是由气态或液态物质的密度及其它因素形成的，这里不再多述），那么，这种运动物质就会被液态或气态物的内压冲击出去，我们看到的洪水冲走物质就是这个原理，如果把这种内压的方向改变向上，那么，这就变成了向上的冲击力或阻力了，这种内压冲走的物质运动状态，就变成了向上浮力形式，从而形成了阿基米德所感悟到的浮力了。

之所以浮力不能被认识为阻力，是因为浮力词义比较直观，而阻力却较为抽象，但浮力只能算是表现阻力的一种形式，而不能代表整个阻力，如果用阻力与压强则可解释很多浮力不能解释或与阿基米德浮力产生矛盾的一些物理现象。如压差问题，压差下的物质上浮问题。我在《如何摆脱地球引力》一文中，提到过空气的密度值问题，并得出只要物质的密度值小于空气的阻力密度值1.29千克/每立方米就可以摆脱地球的引力，而飞向天空，这个结论是经过仔细思考得出的，这说明了一个问题，就是：在气态或液态物质的阻力相对恒定的情况下，浮力（阻力）的大小取决于被阻物质的单位体积的密度值的大小，密度值如果大，那么气态或液态物质的阻力（浮力）就相对变小，那么这种物质排开气态或液态物质的物理量就会增大，这个物质也就会下沉或下沉度较深，相反，则下沉度较浅。

我曾做过一个小实验（由于没有专业性的实验设备，实验结果可能会有出入），得到这样一个结果：在气态或液态常规密度值相对恒定的情况下，被排物质的密度值与气态或液态常规密度值之比结果就是该物质排气或排液量的体积比值数。如干松木的密度值为450kg/1立方，水的密度值为：1000kg/1 立方，得出450kg/1000kg×100%=45%也就是说把1立方干松木放在水里，其排出液体量为其自身体积的45%。实验采用的是塑料瓶水容积增减水盆排水法，因为水在水盆中有一定的表面张力性，故测出的数据可能会失真，这里请有条件的朋友们去论证一下。水中之所以含有少量的空气，是因为气体也有一定的密度值，二者的密度值之比就是空气溶入水中所达到的溶质量的大小。

关于压差问题其实是较好解释的，我们把一块木板放在玻璃缸底，放上水后，木板仍会浮上来，这有两种或两种以上原因导致木板上浮，一是水的自重压，即压力差，因为水本身具有重量，上层的水会将自身的重量施加在下层水中，导致水压的逐级向下增大水的密度增大。潜艇的下潜一般不超过600米，也是出于对深海压力的考虑。二是：渗透压的结果，玻璃缸下层的水在高压向低密度区（木板的下面）大量渗透，最后导致木板下方的水压增大，把低密度的木板沿地心与大气半径线向上推送，从而形成了木板的上浮。

有甲、乙、丙三只同样大小的模型铁船，用手给甲船施加压力，使之沉入水底。把乙船斜放入水，让其自然沉入水底，而丙船则浮在水面上。这同样是物质密度值与液体或气体的密度值之比问题，如果我们把甲船和丙船沿船的上口面封起来，我们就会得到两个立方体的船，这个立方体的中心是空的，它们的密度值是相等的，它们在不受外力作用的情况下排水量是相等的，如果船是浮在水面上的话，要想使它们沉入水底就必须加压。乙船斜放入水中，那样它的单位体积就发生了改变，它的体积只等于其所有舱板及船身的总和，而不包含船体所含的气体的空舱部分，所以它的密度值就发生了很大的变化，最终就沉入了水底。关于浮力的其它一些现象也都比较容易解释。
浮力与阻力的关系，在一定时间内会让人难以接受，但这却是一种事实，我们无法去改变，有人认为：物体运动时受到的阻力一般与速度的一次方或二次方成正比反向。我将会在以后文章中，来讨论阻力与速度的关系。