阿基米德原理計算機

阿基米德原理指出，完全或部分浸入流體的物體，會受到向上的浮力，其大小等於所排開流體的重量。浮力可由流體密度、排開體積與重力加速度相乘求得。這個簡單關係解釋了船為何能漂浮、氣球為何上升、水下物體為何感覺較輕，以及如何透過表觀重量測量密度。 排開體積是物體位於流體表面以下部分的體積。只要流體未進入內部空腔，完全浸沒的固體就會排開與其整個外部體積相等的流體。漂浮物體會調整浸入深度，直到浮力等於自身重量。對密度均勻的物體，平衡時浸沒體積比例等於物體密度除以流體密度。因此，密度為每立方公尺 600 公斤的木塊，在淡水中漂浮時約有 60% 的體積浸入水中。 計算機也會比較輸入排開體積所對應的浮力，與同體積物體的重量。向上合力為正，表示完全浸沒的物體傾向上升；為負則傾向下沉。密度相同時呈現中性浮力。計算假設密度均勻，並對兩種力使用輸入的當地重力加速度。由於兩者都含重力加速度，因此在決定基本浮沉行為的密度比中會相消。 流體密度取決於成分、鹽度、壓力和溫度。淡水常近似為每立方公尺 1000 公斤，但實際密度會隨溫度改變。海水密度較高，通常接近每立方公尺 1025 公斤。空氣密度低得多，且受海拔與天氣影響顯著。分析船隻、浮具或中空結構時，物體密度應以總質量除以外部體積，並將密封空腔納入體積。 此理想模型未包含表面張力、流體動力升力、附著氣泡、流體加速度、可壓縮性或與容器的接觸。穩定性也不同於垂直方向的受力平衡：即使浮力足以讓物體漂浮，若重心與浮心產生不穩定力矩，物體仍可能翻覆。結果適用於教學及初步流體力學估算。船舶、起重、潛水與壓力容器設計，需採用適當安全係數、準確幾何尺寸、載重工況、自由液面效應及工程標準。