再议浮力的方向是否为竖直向上

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148（2025）4-0068-2

通常认为，浸在流体中的物体受到的浮力方向是竖直向上的，教科书（沪科版2024年修订版）也是如此陈述的。但亦有学者认为，物体所受的浮力方向并非一成不变地指向竖直上方，因为当流体运动时，物体受到的浮力方向就可能发生偏移，不一定还是竖直向上的。以下结合流体静力学和流体动力学对比进行探讨。

1 认为浮力方向并非竖直向上的观点

《浮力一定是竖直向上吗？》一文（以下简称“文献1"）通过理论分析和实验探究，认为处于旋转状态下的液体其表面会自然形成中央凹陷、边缘隆起的抛物线形状，如图1所示。

水平浮力与常规竖直向上的浮力共同作用，对物体施加了一个合力，文献1将这个合力称为“合成浮力”，并由此认为浮力的方向并非都是竖直向上的。

本文不认同文献1的观点，因为文献1将浮力“泛化"了，物体受到的水平方向的力并不属于浮力。

2 对浮力的深入分析

2.1 流体静力学中浮力的方向分析

最早对浮力进行深人研究的是阿基米德，他的发现奠定了静态力学和流体静力学的基础。

流体静力学是研究流体在静止状态下的力学规律的学科。阿基米德的著作《论浮体》是古代第一部流体静力学著作，阿基米德因此被尊为流体静力学的创始人。在《论浮体》中，阿基米德提出了著名的“阿基米德原理”：重于流体的固体放在静止的流体中，所减轻的重量等于排去流体的重量。这一原理因与他解决王冠问题联系起来而广为人知。

当物体部分或全部沉浸于此类旋转液体中时，其两侧因液体深度差异而承受不同的压力，这种压力会形成一水平方向上的浮力。这一

在流体静力学中，流体在自身重力的作用下内部压强呈现出下大上小的规律，从而会对浸在其中的物体的上下表面产生大小不同的压力，物体受到的压力差就是浮力。当流体处于静止状态时，浮力的方向为竖直向上，与重力的方向相反。

2.2 流体动力学中浮力的方向分析

流体动力学是研究流体在流动状态下的力学规律的学科。流体静力学和流体动力学是流体力学的两个重要分支。

当流体流动时，流体由于自身重力而对浸在其中的物体施加的浮力仍然存在（特殊情况除外，例如流体完全失重等），只是流体因为流动可能会“额外"对物体施加力，两者构成了流体总动力。在各细分领域中，那些“额外"的力通常不归类于浮力，而是与浮力区分研究。例如，在空气动力学中，飞机飞行时受到的升力、阻力等力并不归类于浮力，而是区别于浮力被单独研究，升力还有其专门的计算公式： L = ρ V T （升力 气体密度 × 流速 x 环量值）2]。再如，航行在水面上的船除了受到浮力，还可能受到船吸效应（两船并排靠近行驶时会互相“吸引”）等各种情况下的横向力，这些横向力通常也被单独研究，而不是归类为浮力[3]。

既然流体因流动而“额外"对物体施加的力并不属于浮力，那么流体动力学中浮力的定义仍然应当是：流体由于自身重力形成的压强梯度对浸在其中的物体施加的力。基于此定义，流体动力学中浮力的方向也应是竖直向上的。

当然，也有不少情况下物体在流体中并不会受到浮力。例如，当流体和物体一起完全失重时，物体就不受流体对其的力，自然也不受浮力。亦有一些情况下，流体因为运动而对物体施加的力并没有被明确命名和详细研究，但无论如何不能将其归类于浮力。

2.3 文献1中错误之处分析

文献1中旋转的液体确实会对浸在其中的物体产生一个水平方向的力，但文献1将其称为“水平方向的浮力”是不合理的。

文献1中所述的旋转液体，本质上是一种漩涡。漩涡对浸在其中的物体施加的力被细分为浮力、绕流升力和漩涡吸力等[4]。分析可知，文献1中物体受到的水平方向的力属于漩涡吸力，而非浮力。文献1的主要错误在于，其将水平力归类于浮力，于是得出浮力的方向并不一定都是竖直向上的。这是将浮力“泛化"了，混淆了浮力和其他力。

显然，文献1认为流体对物体的力都应当归类为浮力，按照此观点，飞机升力也算是浮力，这显然是不准确的。

3 结论与教学建议

浮力特指流体由于自身重力形成的压强梯度而对浸在其中的物体施加的力。在流体动力学中，物体还可能受到流体因为流动而“额外"施加的力（如阻力、升力等），但这些力在各个分支学科中并不被归类于浮力。因此，可以认为浮力的方向是竖直向上的。

一些学者把流体因为流动而“额外”对物体施加的力也归类于浮力，从而认为浮力并不一定都是竖直向上的，这是对流体动力学和流体静力学的混淆，也是对浮力和其他力的混淆。

现行各版本初中物理教科书的编排中，浮力内容均在升力内容之后。建议在浮力教学中，应为学生厘清浮力和升力。可以向学生介绍：虽然两者均由压力差产生，却又有本质的不同。浮力的产生原因为：物体上下表面所处的深度不同，流体由于自身重力的存在使其内部压强上小下大，继而对物体上下表面产生压力差。升力的产生原因为：物体的不同表面接触的流体流速不同，由于流体在流速大的地方压强小，从而使得物体不同表面受到不同的压力而产生压力差。浮力的方向是竖直向上的，而升力的方向不一定竖直向上。通过对比，学生可将所学的知识融会贯通，理解流体与物体相互作用的复杂机制，发展力与相互作用观等物理学科核心素养。

参考文献：

[1]邢小丽，邹静.浮力一定是竖直向上吗？[J].物理教师，2023，44（2）：72-73.

[2]刘沛清，郭知飞.飞行器的升力、阻力及升力与环量定理的起源[J].力学与实践，2019，41（6）：739-744.

[3]刘欧，宋国宾，袁小亮，等.考虑船间效应和操纵性能的内河船舶追越风险模型及应用[J].中国航海，2024，47（1）：1-8，17.

[4]陈小莉，马吉明.竖轴旋涡对丁坝坝头块石颗粒起动的影响[J].水力发电学报，2007，26（5）：97-101，79.

（栏目编辑 蒋小平）