浮力压力差成因解释是一种错误的硬嫁接

李务伦

1、引言

当下的浮力概念产生于长期生产生活的反复试错，客观的讲：浮力是在大量观察、实践的基础上，经过归纳、概括而得出的符合当下理论语境的客观规律。在没有更大生产和科学实验进一步需求时，称浮力是定律或原理是正确的选择。但人的求知欲又不允许到此而止，于是不断地探讨其成因，笔者之前猜度可能是反复的实验，浮力的大小均指向物质排开流体重量相等，而又在重力场的概念下，通过计算流体对物体的压力值恰与流体的重量相等，从而得出压力差是浮力产生的原因和得出浮力的大小等于物体排开流体的重量。在研究地球动力学过程中，笔者遇盐丘形成，及物质迁移问题，通过以万有引力为基础，发现物质的上升与下降，是引力场改变所导致。并由此顺势推导出上升力、下降力及浮力的数学表达式。这一工作持续四年多（2022年到2026年至今）的时间。然对浮力压力差成因的说法，直到看了吴望一先生《流体力学》著作第五章才真正理解明白为什么选择压力差是浮力的成因。由此结合之前以万有引力（引力场）为基础得出的上升力、下降力的成因分析及数值计算，深感浮力的压力差成因解释是一种错误的硬嫁接，浮力再称为定律或原理已是错误。下面分析如下。

2、浮力压力差成因是硬嫁接的错误分析

图1A是吴望一先生第五章计算物体受到的压力差时用到的插图，其计算过程如下。“设物体A全部沉入液体中，求物体A所受的浮力矩。若物体A的表面积为S，体积为τ，n为S面外发现单位矢量。则物体A受到的总压力为：

其中G=ρgτ是被物体A排出的液体重量。在推导中考虑到▽p=ρgｋ的事实。R=-Gk式说明，物体A所受到浮力，其大小等于被A所排除挤出的液体的重量，而方向则与z轴的负方向重合。”

以上是浮力压力差大小及成因的计算，后面是浮力矩大小的计算与浮力本文要讨论的问题关系不大，故不再录取。

图1

假设图1A中的物体A的密度与外部流体的密度相同，或者认为物体A所占据的空间被同样体积的外部流体所填充，受到周边液体的总压力是不会改变也为R=-Gk。如果说总压力差是浮力的成因，那么此时该区域的流体此时要么下沉，要么上升，而事实是所有质点均处于稳定平衡状态，因此浮力的压力差成因在逻辑就行不通。然而如果从作用与反作用力去分析以上这种稳定平衡状态，到是在逻辑上很为丝滑。

理由如下：处于图1A示物质A位置，为外部液体取代，此位置液体在重力场的受力ρgτ，力的方向向下，而位于其下的液体，根据作用与反作用力，位于其下的液体必提供同等值的反作用力使其平衡，这一反作用力与周围对这部分总压力R相等，且同向。这就从重力场上说明，压力差的浮力成因存在不当而错误。这对作用与反作用力，笔者将前者称为稳定平衡力，后者称稳定平衡力支撑力。而当图1A中物体A的密度ρ₁小于流体密度ρ，物体A在重力场受力为ρ₁gτ，这一力小于前面分析出的反作用力-稳定平衡力支撑力，于是物体A在力ρgτ-ρ₁gτ作用下上浮。这一使物体上升力，与已得出的上升力定理数学表达式F=-(ρ-ρ₁)VE(r)相一致，仅是引力强度值换成了重力场中适于极小范围的定值。图1A中物体A的密度ρ₁当大于流体密度ρ时，根据上面的分析，物体A则下降，下降力的大小为ρgτ-ρ₁gτ，方向向下。可见稳定平衡力支撑力物体上升是是推动力，物体下降时是阻碍力。综上，稳定平衡力支撑力才是目前所称的浮力，也是浮力的本质。

为了进一步证明压力差是浮力成因的错误，以图1B为例，从流体压强的角度进行论述。图1B中流体的密度为ρ，长方体的密度为ρ₁，长方体的体积为v，底面积为S。当沿直线段EH计算流体内部压强，若图1B中长方体为外部流体所取代，每一水平面上的压强处处相等，所有质点均处于平衡稳定状态，深度为h_EH水平面上的流体压强均为p=ρgh_EH。但图1B存在图示的异密度长方体，沿直线段EH计算每一水平面压强，就要分段计算了。当ρ大于ρ₁时，经直线段EF任意水平面上的压强保持不变；经H以下线段任意水平面，根据连通原理，任意水平面上的压强也保持不变。经FH水平面除经长方体任意任一水平面的外部不变外，经长方体部分则已改变。由长方体上表面至长方体的下底面，长方体下底面对下部流体的压强变为p＇=ρgh_EF+ρ₁gh_FH，显然p大于p＇。这就会造成高压强处的物质向低压强处运动，从而抬升长方提，进而促使长方体上底面上部流体向四周运动，以补充因长方体抬升流体进入长方体流体带来的空缺。由此可知长方体之所以上升，是因为长方体缺少了对底部液体水平面作用力ρgv-ρ₁gv，因此ρgv-ρ₁gv是长方体上升动力。这就又证明压力差的浮力成因是错误的。对于ρ小于ρ₁时，可以以同样的方法分析出长方体下降，下降力为ρ₁gv-ρgv。因此也可以得出浮力的压力差成因是错误的。 

根据上述论述浮力再称定律和原理已不恰当，称浮力定理是正理，由于我们的先贤对浮力做出过贡献，建议浮力定理称墨子定理。

3、结语

通过上面的分析，再结合过往的以万有引力为基础的浮力成因及数理探讨，基本可以断定：浮力的压力差成因，是人们在探讨前人经验成果时，局域流体小范围的无奈选择，一种硬嫁接。上述论述是否正确，请老师们指导！

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