浮力計算器 - 浮力與漂浮條件
使用阿基米德原理計算浮力、淨力，並判斷物體會漂浮或下沉。
輸入物體質量、體積、流體密度與重力加速度，即可立即計算浮力與漂浮條件。
浮力計算器 - 浮力與漂浮條件
使用阿基米德原理計算浮力、淨力，並判斷物體會漂浮或下沉。
關於浮力計算器
浮力是流體對部分或完全浸沒其中的物體施加的向上作用力。敘拉古的阿基米德約在西元前 250 年提出這個著名原理：浸入流體中的物體會受到向上的力，其大小等於該物體排開流體的重量。這個浮力計算器以簡單的四欄位介面，讓你立即套用此原理。
基本公式為 F_b = ρ_f × V × g，其中 ρ_f 是流體密度，單位為 kg/m³；V 是物體浸沒體積，單位為立方公尺；g 是當地重力加速度，單位為 m/s²（地球表面通常為 9.81 m/s²）。結果是以牛頓表示的浮力。若要判斷漂浮行為，請將浮力與物體重量 W = m × g 比較。若 F_b > W，淨向上力為正，物體會上浮；若 F_b < W，淨力向下，物體會下沉；若 F_b = W，物體處於中性浮力，可在任何深度保持靜止。
計算器也會回報帶符號的淨力：正淨力代表物體向上加速（或漂浮在表面），負淨力代表物體向下加速（下沉）。這些資訊對潛艇壓載設計、管線浮力控制、救生衣尺寸設計與浮動平台設計等工程應用都非常重要。
流體密度會隨成分與溫度大幅改變。淡水在 4 °C 時密度約為 1,000 kg/m³，這也是慣用參考值。海水因溶解鹽分，平均密度約為 1,025 kg/m³；因此人體（平均密度約 985 kg/m³）在海中會漂浮，但在淡水中幾乎只能勉強漂浮。機油通常為 850–900 kg/m³，汞約為 13,534 kg/m³，海平面空氣約為 1.225 kg/m³。將這些值代入浮力公式，即可模擬任何流體與物體的組合。
在工程上，浮力分析可判斷埋地管線是否需要混凝土配重層以避免在含水土壤中上浮、浮橋能否支撐指定載重，或救援裝置內需要多少泡棉浮材。在科學教育中，使用量筒與彈簧秤進行的浮力實驗能直接驗證阿基米德原理。只要提供四個輸入參數的準確值，本計算器即可處理這些情境。
浮力計算器範例
四個情境示範不同物體-流體組合下的浮力、淨力與漂浮行為。
| 輸入 | 浮力 / 淨力 | 結果 |
|---|---|---|
| 木塊：1.2 kg，0.002 m³，水 (1000 kg/m³)，g=9.81 | F_b = 19.62 N · W = 11.77 N · 淨力 = +7.85 N | 漂浮。物體密度 ≈ 600 kg/m³ < 水的密度，因此木塊會上升，直到部分露出水面。 |
| 金屬球：7.8 kg，0.001 m³，水 (1000 kg/m³)，g=9.81 | F_b = 9.81 N · W = 76.52 N · 淨力 = −66.71 N | 下沉。物體密度 ≈ 7,800 kg/m³ >> 水的密度；淨向下力很強。 |
| 冰塊：0.9 kg，0.001 m³，水 (1000 kg/m³)，g=9.81 | F_b = 9.81 N · W = 8.83 N · 淨力 = +0.98 N | 漂浮，且大部分體積浸沒。冰的密度 ≈ 900 kg/m³，略低於水。 |
| 物體：1.5 kg，0.002 m³，油 (850 kg/m³)，g=9.81 | F_b = 16.67 N · W = 14.72 N · 淨力 = +1.96 N | 在油中漂浮。物體密度 = 750 kg/m³ < 油的密度 (850 kg/m³)，因此在油中淨向上力為正。 |
如何使用浮力計算器
- 輸入物體的質量，單位為公斤。這是包含任何內部內容物在內的總質量。
- 輸入物體的總體積，單位為立方公尺。不規則形狀可用排水法測量。
- 輸入流體密度，單位為 kg/m³。淡水用 1000，海水用 1025，或輸入實際流體密度。
- 輸入重力加速度。地球表面使用 9.81 m/s²；其他行星或海拔可調整。
- 點擊「計算」，查看浮力、物體重量、淨力，以及物體是漂浮或下沉。
常見問題
什麼是阿基米德原理？
阿基米德原理指出，任何完全或部分浸沒於流體中的物體，都會受到向上的浮力，其大小等於該物體排開流體的重量。此原理由古希臘數學家阿基米德約在西元前 250 年首次描述，至今仍是支配所有流體-物體組合浮力的基本定律。
為什麼鋼製船隻能漂浮，儘管鋼比水密度大？
鋼船排開的水量，其重量等於船的總重量。由於船殼包圍大量空氣，整艘船（船殼 + 空氣 + 載荷）的平均密度低於水，因此浮力等於船重，使船能漂浮。如果船殼破裂，水填滿空氣空間，平均密度會高於水，船便會下沉。
中性浮力是什麼意思？
中性浮力發生在浮力恰好等於物體重量、淨力為零時。具有中性浮力的物體可在任何深度保持靜止，不上升也不下沉。潛艇透過調整壓載艙達成；水肺潛水員使用配重帶；太空機構則使用中性浮力池模擬微重力以訓練太空人。
如何找出不規則形狀物體的體積？
不規則物體最準確的方法是排水法：將物體浸入有刻度的盛水容器，測量被排開的水體積。該排水體積即為物體體積。對於規則形狀物體，可使用幾何公式（球體：(4/3)πr³；圓柱體：πr²h；長方體：l × w × h）。
水溫會影響浮力嗎？
會，因為水的密度會隨溫度改變。淡水在約 4 °C 時密度最大（1,000 kg/m³），溫度升高或降低時密度都會下降。在一般範圍內差異很小，例如 20 °C 的水密度約為 998 kg/m³，但對精密實驗很重要。需要高精度時，請務必使用對應實際流體溫度的密度。
此計算器可用於氣體，例如熱氣球嗎？
可以。將流體密度替換為周圍氣體密度（例如海平面空氣 ≈ 1.225 kg/m³），並以氣球外殼加熱空氣的質量與體積作為物體質量與體積。相同的 F_b = ρ_fluid × V × g 公式適用。熱氣球之所以能運作，是因為氣囊內熱空氣密度低於周圍冷空氣，產生足夠浮力來升起氣球及其載荷。