浮力（英語：Buoyancy）是流體施加的一種豎直向上的力，與重力方向相反。它是物體浸沒在流體中時，因上下表面在流體中的深度不同導致所受壓強不等，最終形成上表面和下表面所受流體壓力的差（流體對物體的作用力的合力）。根據阿基米德定律，浮力與排開液體的重力是等量的。液體的浮力公式也適用于氣體（將ρ液換為ρ氣即可）。浮力的單位是牛頓（N），用于計算的導出式為F浮=G排=ρ液gV排。物體完全浸沒在水中時，有V排=V物，根據F浮=G排=ρ液gV排和G物=m物g=ρ物gV物得：ρ物∶ρ液=G物∶F浮。因此，如果物體的平均密度大于所浸沒流體的平均密度，它就會下沉。如果物體的密度小于液體的密度，它就會浮在水面上。
浮力的應用包括輪船、潛水艇、熱氣球、飛艇、潛水裝置、密度計、鹽水選種等。
簡史
敘拉古國的國王西羅（Hiero）請珠寶工匠制作一頂純金的皇冠。皇冠制成后，國王想知道工匠在制作過程中有沒有摻假盜走一部分黃金，于是請阿基米德進行驗證，阿基米德在一次洗澡過程中發現，當他整個身體沉入浴盆的時候，浴盆中的水馬上就會溢出來，同時他的身體也會略略往上漂浮，水溢出來的多少和他的身體浸沒在水中的部分是相同的，水的浮力托住了他，據此他設計了一個驗證皇冠是否是純金打造的實驗：用與皇冠等重的白銀和黃金和皇冠分別放進裝滿水的桶中，并且準確地測量水的溢出情況。結果發現白銀、黃金和皇冠放入水桶中排出的水是有差異的，皇冠的水量剛好在黃金和白銀之間。說明皇冠不是純金的，而是金、銀的混合物。
阿基米德之后又進行了反復實驗，公元前245年，阿基米德通過實驗發現了浮力定律，也被稱為阿基米德定律。
原理
任何完全或部分浸沒在液體中的物體都會受到浮力的作用，浮力等于物體所排出液體的重量。
物體沒于靜止液體之中時，作用于物體上的靜水總壓力，等于該物體表面上所受靜水壓力的總和。如下圖所示，設有任意形狀物體沒于水下，與計算曲面上靜水總壓力一樣，假定整個物體表面（看做是三向曲面）上的靜水總壓力可分為三個方向的分力：Px、Py、Pz。
首先計算水平分力Px和Py。設坐標系如上圖所示。先研究物體表面所受水平方向的液體壓力。將物體分成許多極其微小的水平棱柱體，其軸線平行于工軸，如上圖右上角所示。由于水平棱柱體的左右兩端面積極其微小，可認為同一微小面積上的壓強是均勻分布；又由于所取的水平棱柱體的軸線平行于軸，可認為左右兩端表面在同一高程。那么，水平棱柱體兩端面上各點的液體壓強相等，可以得到，作用在兩端微小面積上的液體壓力的大小相等，且方向相反。因此，作用在物體全部表面上沿x軸的水平分力的合力Px，等于零。
用同樣方法可以證明，整個物體所受Oy方向的靜水壓力Py，也等于零。
現計算垂直分力Pz。將物體分成許多極其微小的鉛垂棱柱體，其軸線平行于之軸，如上圖左側所示。由于鉛垂棱柱體的上下兩端面積dAz。極其微小，可認為是一平面，所取的上下兩端面積相等。設所取的鉛垂棱柱體的高度為h，則作用在微小鉛垂棱柱體鉛垂方向的液體壓力的合力dPz為
式中：dV為微小鉛垂棱柱體的體積。作用在物體全部表面上的鉛垂向上分力的合力Pz為
式中：為液體的密度，g為重力加速度，V為浸沒于液體中的物體體積。由上式可見則為液體對沒在其中物體的鉛垂總壓力P，方向向上。
根據之前計算，整個物體在Ox、Oy方向上所受的靜水壓力Px、Py等于零，Oz方向上所受的鉛垂總壓力為。作用在淹沒物體上的靜水總壓力只有一個鉛垂方向上的力，其大小等于該物體所排開的同體積的水重。這就是阿基米德。
物體在地面附近的靜止流體中受到豎直向上的浮力，根源在于慣性系靜止流體受的重力與合壓力相互平衡，壓強梯度的方向與重力相同：豎直向下，指向地心。浮力來源于由重力引起的流體壓強的非均勻分布，沒有重力就沒有浮力。
模型
簡化模型
設有一任意形狀的物體ABCD完全浸沒在靜止液體中，如下圖所示，A和C是物體側面的末端點。
液體作用在上部分表面上的總壓力的垂直分力，等于壓力體ABCFE液重，垂直向下，即
液體作用在下部分表面上的總壓力的垂直分力等于壓力體AEFCD的液重，垂直向上，即
液體作用在整個物體上的總壓力的垂直分力是和的合力，即
方向垂直向上。液體作用在物體上總壓力的前后左右水平分力應等于零。這是因為若把物體分為左右兩部分，則這兩部分在垂直方向的投影面積是同一面積，所以作用在左表面和右表面的總壓力的水平分力大小相等、方向相反，互相抵消。同理，前后表面上的總壓力的水平分力也為零。
這就證明了浸沒在液體內的物體所受的力只有垂直向上的力，大小等于物體所排開的液體重量。
以G表示物體的重力，V表示它的體積，為液體的密度，物體在液體中的沉浮有以下三種情況：
（1）當G<時，物體上浮，浮出液體表面，稱為浮體；
（2）當G=時，物體在液體中任何位置均處于平衡狀態，稱為潛體；
（3）當G＞時，物體下沉，直至液體底部，稱為沉體。
阿基米德對上述三種情況都是正確的。
平衡模型
潛體的平衡：潛體完全浸沒于液體中。由于潛體體積和形狀保持不變，浮心的位置保持不變，因此潛體平衡的穩定性僅取決于物體的重心與浮心的相對位置。設重心為G，浮心為C，根據兩者的相對位置可將潛體平衡分為3種狀態：
（1）穩定平衡。平衡時重心位于浮心的下方，如下圖a所示。當物體傾斜時，重力W與浮力F構成一復原力偶，使物體回到平衡位置，如下圖b所示。
（2）不穩定平衡。平衡時重心位于浮心的上方。當物體傾斜時，重力W浮力F。構成一傾覆力偶，使物體傾覆，如下圖所示。
（3）隨遇平衡。平衡時重心與浮心重合。當物體傾斜時，既不發生復原，也不發生傾覆。只能是均質潛體在靜止流體中有可能達到的隨遇平衡。
浮體的穩定性：當物體只有部分浸沒在液體中稱之為浮體，當浮體改變姿態時，由于它的排水體積隨之發生變化，因此浮心位置也可能發生變化。與潛體一樣，只要浮體的重心低于浮心時，浮體總是處于穩定的平衡狀態。當浮體發生傾斜時，由于重力與浮力構成一復原力偶，從而使浮體回到原來的平衡位置；當浮體的重心高于浮心時，就可能處于以下3種不同的平衡狀態。
下圖為某船舶橫面示意圖。初始時，正浮狀態重心G在浮心C正上方（下圖a），當船舶橫傾后（下圖b），船舶從正浮水線AA'逐漸傾斜到新水線BB'，由于排水體積不變，而將出水體積AOB移到了入水體積A'OB'的地方，使水線以下的排水體積形狀發生了變化，于是浮心C隨著船的傾斜沿弧線移到了C'，原來的浮軸線GC變成了MC。前后兩根浮軸線的交點為M，這稱為穩心。當傾角不大時，浮心的移動軌跡CC'可以近似地認為是，以M為圓心，r為半徑的一段圓弧，CM（或r）稱為初穩心半徑。
初穩心半徑可用下式計算：
式中：
:浮體的水線面面積對通過其中心對稱軸的慣性矩（取小值）； V:浮體的排水體積。
浮體平衡的穩定性由重心G和穩心M的相對位置GM（稱為穩心高度）來決定，而穩心高度可用下式計算：
根據重心G與穩心M的相對位置，可將重心高于浮心的平衡狀態分為以下三種情況：
（1）平衡時穩心M位于重心G的正上方（GM＞0）。當船舶傾斜時，重力與浮力構成一復原力偶，使船舶回到平衡位置，稱為穩定平衡。
（2）平衡時穩心M位于重心G的正下方（GM＜0）。當船舶傾斜時，重力與浮力構成的力偶使船舶傾覆。
（3）平衡時穩心M和重心G重合（GM=0），此時船舶為隨遇平衡。
壓縮模型
浮筒是改變浮力壓縮模型典型的代表，它是利用浮筒由于被液體浸沒高度不同，導致所受浮力不同來檢測液位變化的裝置。如下圖所示。
將一橫截面積為A，質量為m的圓筒形空心金屬浮筒懸掛在彈簧上，由于彈簧的下端被固定，因此彈簧因浮筒的重力而被壓縮，當液位高度H為零，浮筒的重力與彈簧彈力達到平衡時，浮筒停止移動，平衡條件為
kx=W
式中W代表浮筒重量；k代表彈簧的剛度；x代表彈簧由于浮筒重力而被壓縮所產生的位移。
當浮筒的一部分被浸沒時，浮筒受到液位對它的浮力作用而向上移動，當浮力與彈力之和與浮筒的重力相平衡時，浮筒停止移動。設液位高度為H，浮筒由于向上移動實際浸沒在液體中的高度為h，浮筒移動的距離即彈簧的位移改變量△x為
△x=H-h
根據力平衡可知：W=Ahρ+k（x-△x），ρ代表浸沒浮筒的液體密度。
Ahρ=k△x，即
一把情況下，H=h，
上式表明，當液位變化時，浮筒產生位移，其位移量△x與液位高度H成正比。因此變浮力物位檢測方法實質上就是將液位轉換成浮筒的位移。
相關實驗
浸入液體中的物體所受的浮力與液體的密度和物體排開液體的體積有關，與物體浸沒在液體中的深度、物體的密度、運動狀態等因素無關。
浮力與深度關系實驗
下圖是利用測力計探究浮力與深度的關系。結果發現：a、b、c處測力計讀數不等，且a>b>c>d，可見，當砝碼由水面進入水中時，隨著砝碼進入深度的增大，砝碼受到的浮力越大。d、e處測力計讀數相等，當砝碼完全浸沒在水中時，砝碼受到的浮力與深度無關。
浮力與密度、形狀關系實驗
下圖是利用測力計探究浮力與液體的密度的關系（實驗時要使砝碼浸沒的深度相同）。結果發現：砝碼在鹽水中比在水中受到的浮力要大。可見，當砝碼完全浸沒在不同液體中時，液體的密度越大，砝碼受到的浮力越大。
利用彈簧測力計探究浮力與物體的密度的關系。使用彈簧測力計分別測出體積相同的銅球和鐵球的重力以及浸沒在水中時的示數，并記錄數據，發現它們受到的浮力相等。可見，浮力與物體的密度無關。將物體換成質量相等、形狀不同的鐵塊和鐵球，發現它們受到的浮力相等。可見，浮力與物體的形狀也無關。
浮力與排開液體體積關系實驗
下圖是利用測力計探究浮力與物體排開液體體積的關系。結果發現：浮力與物體排開液體體積成正比，且浮力與物體排開液體的重力相等。
應用領域
輪船
浮力概念的一個重要應用，就是評估不受外力作用下的潛體和浮體的穩定性，穩定性對于艦船和潛艇的設計至關重要。null能漂浮在水面的原理：鋼鐵制造的輪船，由于船體做成空心的，使它排開水的體積增大，受到的浮力增大，這時船受到的浮力等于自身的重力，所以能浮在水面上。它是利用物體漂浮在液面的條件F浮=G來工作的，只要船的重力不變，無論船在海里還是河里，它受到的浮力不變。（只是海水河水密度不同，輪船的吃水線不同）根據阿基米德定律，，它在海里和河里浸入水中的體積不同。輪船的大小通常用它的排水量來表示。所謂排水量就是指null在滿載時排開水的質量。輪船滿載時受到的浮力。而輪船是漂浮在液面上的，，因此有。
潛水艇
浮力概念的一個重要應用，就是評估不受外力作用下的潛體和浮體的穩定性，穩定性對于艦船和潛艇的設計至關重要。浸沒在水中的潛水艇排開水的體積，無論下潛多深，始終不變，所以潛水艇所受的浮力始終不變.潛水艇的上浮和下沉是靠壓縮空氣調節水艙里水的多少來控制自身的重力而實現的（改變自身重力：排水充水）。若要下沉，可充水，使。在潛水艇浮出海面的過程中，因為排開水的體積減小，所以浮力逐漸減小，當它在海面上行駛時，受到的浮力大小等于潛水艇的重力（漂浮）。
熱氣球和飛艇（浮空器）
氣球和飛艇里充的是密度小于空氣的氣體。例如氫氣和氦氣。氫氣是已知密度最小的氣體，但易燃易爆，氫氣球一旦操作不慎就會爆炸，因此逐漸被安全性更高的惰性氣體氦氣取代。熱氣球里充的是被燃燒器加熱、體積膨脹、密度變小了的熱空氣，氣體受熱膨脹密度降低，排開更多的空氣從而獲得更大的浮力，氣球或飛艇可升上天空。，當時，氣球或飛艇可升上天空。若要使充null或null的氣球或飛艇降回地面，可以放出球內的一部分氣體，使氣球體積縮小，浮力減小，使浮力小于G球。對于熱氣球，只要停止加熱，熱空氣冷卻，氣球體積就會縮小，減小浮力，使浮力小于G球而降回地面。（同理，熱空氣的向上，冷空氣的向下，形成了對流——風）。
潛水員
潛水員要實現下潛、自由懸浮活動依靠的是自身浮力的調整或者說密度調整，如果把裝備和人體看做一個整體，這個整體的密度等于水的密度，就能實現懸浮。主要通過兩方面控制，一是裝備的控制，比如浮力控制器（也稱為BCD)，通過對BCD的充氣和放氣來增加排開水的體積，以實現下潛和水面上的穩定漂浮，當潛水員到達所需深度時，根據情況或少量充氣，確保不再上浮或下沉，這時潛水員可以輕松地踢動腳跌以實現推進效果。
密度計
測量物體密度的儀器是密度計。密度計是利用阿基米德原理來工作的，用密度計測量液體的密度時，它受到的浮力總等于它的重力，由于密度計制作好后它的重力就確定了，所以它在不同液體中漂浮時所受到的浮力都相同，根據阿基米德原理可知：待測液體的密度越大，密度計浸入液體中的體積則越小（排開液體體積越小），露出部分的體積就越大；反之待測液體密度越小，密度計浸入液體中的體積則越大，露出部分的體積就越小，所以密度計上的刻度值是“上小下大”。
鹽水選種
鹽水選種，就是把種子放在一定濃度的鹽水里，利用浮力把好種子和壞種子分開來。長得很飽滿的小麥種子，密度超過1.2×103kg/m3，而干癟的或被蟲子蛀壞了的種子的密度都比飽滿的種子的密度小得多。
用鹽和水配置成密度在之間的鹽水，把放進去，密度超過的飽滿種子因為受到的浮力小于它們所受的重力會沉在水底；密度小于鹽水密度的種子則會在鹽水中上浮。然后用漏網把上浮的種子撈出來，這樣種子就能很容易地被分開了。
密度
浸沒在密度均勻分布的流體中的物體所受到的浮力，大小等于物體排開流體的重力，方向垂直向上且通過所排開流體的形心。對于浮體，物體的重力和浮力大小相等，浮力大小等于物體浸沒在流體中的部分所排開的流體的重力。即浮體浸沒在流體中的體積和浮體總體積之比，等于浮體的平均密度和流體密度之比。當密度之比等于或大于1時，則浮體將會完全浸沒在流體中。
物體在流體中的情況可分為三種，如下圖所示。
①物體密度和流體密度相同，可在流體中任意位置保持靜止平衡狀態；
②物體密度大于流體密度，物體沉入流體底部；
③物體密度小于流體密度，物體上浮并漂浮在流體表面。
大氣密度取決于平均海拔。當飛船在大氣中上升時，周圍空氣的密度降低，其浮力也隨之降低。相比之下，當潛艇從其浮力罐中排出水時，它會上升，因為它的體積不變（它完全浸沒時所排開的水的體積），而它的質量卻減少了。
參考資料 >
浮力.術語在線.2023-11-16