浮力實驗計算器 – 浮起、下沉或中性
運用阿基米德原理，計算浮力、物體密度，並預測物理實驗中的浮沉表現。
輸入物體的質量、體積、流體密度與重力加速度，即可計算浮力、物體密度與浮沉結果。
浮力實驗計算器 – 浮起、下沉或中性
運用阿基米德原理，計算浮力、物體密度，並預測物理實驗中的浮沉表現。
關於浮力實驗計算器
浮力實驗計算器在基礎浮力分析之外，增加了物理實驗中至關重要的一個指標：物體本身的密度。透過同時計算浮力與物體密度，這個工具可以讓學生與研究人員更完整地預測並驗證受控實驗條件下的浮沉行為。
阿基米德原理仍然是理論基礎：任何浸沒在流體中的物體都會受到向上的浮力 F_b = ρ_fluid × V × g，其中 ρ_fluid 是流體密度（kg/m³），V 是浸沒體積（m³），g 是重力加速度（m/s²）。物體重量為 W = m × g，因此合力為 F_b − W。合力為正表示淨向上趨勢（浮起）；為負表示向下（下沉）；為零則為中性浮力。
關鍵的是，這個計算器也會計算物體密度 ρ_obj = m / V。ρ_obj / ρ_fluid 這個比值是決定浮沉行為的單一數值：若比值小於 1，物體就會浮起；若大於 1，物體就會下沉；若正好等於 1，則為中性浮力。與直接比較力相比，密度比較更快速也更直觀，因此在課堂示範與實驗報告中常是首選方法。
在典型的物理實驗中，學生會用天平量測物體質量，再透過幾何計算或水位排開法量測體積，接著記錄流體溫度以查找其密度。把這些數值輸入此處，就能在物體放入流體前預測實驗結果。實驗結束後，再以相同數值驗證觀察到的行為（浮起/下沉）是否與預測一致——這正是科學方法中的關鍵一步。
中性浮力特別值得一提。要精確達成它，必須讓物體密度與流體密度在很小的容差內一致。這一原理被用於潛艦（壓載艙）、NASA 的中性浮力實驗室（用於模擬微重力）、生物化學中的密度梯度離心，以及基礎物理裡的卡氏潛水員示範。由於流體密度會隨溫度與鹽度變化，實務上的中性浮力通常仰賴主動控制系統，而不只是被動設計。
對於進行經典阿基米德原理實驗的學生來說，這個計算器特別實用：量測物體在水中的視重量（用彈簧秤）與在空氣中的重量，計算差值（也就是浮力），再與排開水的重量比較。所有相關量——浮力、物體密度、密度比、合力——都會一起顯示，讓整個分析能一次完成。
浮力實驗範例
四個實驗情境，展示預測的浮力、物體密度與浮沉行為。
| 物體與流體 | F_b / ρ_obj / 合力 | 預測行為 |
|---|---|---|
| 木塊：0.3 kg，0.0005 m³，水（1000 kg/m³），g=9.81 | F_b = 4.91 N · ρ_obj = 600 kg/m³ · 合力 = +1.97 N | 浮起。密度比 = 0.60；木材密度小於水，所以木塊會浮在水面上。 |
| 金屬球：0.5 kg，0.00005 m³，水（1000 kg/m³），g=9.81 | F_b = 0.49 N · ρ_obj = 10,000 kg/m³ · 合力 = −4.42 N | 下沉。密度比 = 10；高密度金屬比水密得多，產生的浮力相較於重量幾乎可忽略。 |
| 冰塊：0.09 kg，0.0001 m³，水（1000 kg/m³），g=9.81 | F_b = 0.98 N · ρ_obj = 900 kg/m³ · 合力 = +0.10 N | 浮起。密度比 = 0.90；冰的密度略低於水，因此約 90% 的冰塊會浸沒。 |
| 海水中的物體：0.4 kg，0.0004 m³，海水（1025 kg/m³），g=9.81 | F_b = 4.02 N · ρ_obj = 1000 kg/m³ · 合力 = +0.10 N | 浮起（幾乎察覺不到）。在密度更高的海水中，淡水密度的物體會受到輕微向上的合力。 |
如何使用浮力實驗計算器
- 使用天平測量物體質量（公斤），並輸入「物體質量」欄位。
- 透過幾何公式或水位排開法確定物體體積（立方公尺），並輸入該值。
- 輸入流體密度。淡水可使用 1000 kg/m³，典型海水可使用 1025 kg/m³，或填入實測值。
- 輸入重力加速度（地表為 9.81 m/s²；若實驗室海拔會影響精度，請據此調整）。
- 點選「計算」，查看浮力、物體重量、合力、物體密度、密度比以及預測的浮沉行為。
常見問題
這和標準浮力計算器有什麼不同？
這個實驗計算器在標準浮力結果之外，加入了物體本身密度（ρ = m / V）與密度比（ρ_obj / ρ_fluid）。這些額外數值在物理實驗報告中特別有用，因為它們能讓你透過密度比較而不是力比較來預測和驗證浮沉行為，這對學生來說通常更直觀。
實驗中如何量測不規則物體的體積？
最可靠的方法是阿基米德自己的排水法：在量筒中裝入已知體積的水，將物體完全浸入，並記錄新的體積。兩者之差就是物體體積。另一種方法是把物體綁在繩子上，浸入溢流杯中，收集排出的水，再用量筒測量其體積。
為什麼冰只有大約 10% 露出水面？
冰的密度約為 917 kg/m³，而淡水的密度為 1,000 kg/m³。物體露出液面的比例等於 (1 − ρ_obj / ρ_fluid) = (1 − 0.917) ≈ 0.083，也就是大約 8–9%。這表示約 91% 的冰塊（或冰山）浸沒在水中——這對極地水域的航行有重大影響。
這個實驗計算器應該使用什麼單位？
本計算器全程使用 SI 單位：質量用公斤 (kg)、體積用立方公尺 (m³)、流體密度用 kg/m³、重力加速度用 m/s²。結果中的力以牛頓 (N) 表示，密度以 kg/m³ 表示。如果你的測量單位是公克或立方公分，請先換算：1 kg = 1000 g，1 m³ = 1,000,000 cm³。
鹽度會如何影響海水實驗中的浮力？
溶解的鹽會把海水密度從約 1,000 kg/m³（淡水）提高到通常 1,025–1,035 kg/m³，死海則可達約 1,240 kg/m³。更高的流體密度會直接增加浮力。若物體密度介於兩種流體密度之間，那麼在淡水中下沉的物體在海水中可能會浮起。為了得到準確的實驗預測，請始終使用經鹽度修正後的實測密度。
這個計算器中的密度比有什麼意義？
密度比 ρ_obj / ρ_fluid 是一個無因次數值，會完全決定浮沉行為，而與物體大小或形狀無關。比值小於 1 一定浮起；大於 1 一定下沉；等於 1 則為中性浮力。它也與浸沒比例相關：對於浮起的物體，浸沒體積分率等於密度比。