我们在初中的物理课上就学过“浮力”的概念。如果现在问你：“一个樱桃从不同的高度扔到水中，浮力会有变化吗？”看到这个问题，你会不会觉得自己的物理课好像没学明白？别着急，看了今天的文章你就能知道答案。
中国科学院化学研究所的科学家发现，物体漂浮时的浮力并不是一个固定值，而是会受到动态过程的影响，在一定范围内变化。这一发现打破了长久以来人们对浮力的固有认识，首次揭示了动态过程对浮力的影响。相关成果于近日发表于PNAS。
浮力是生活中的常见现象。早在一千八百多年前，曹冲巧妙地利用船的浮力将大象的重量转换为了小石块的重量，从而成功“称象”。除了称重之外，浮力还在船只设计、矿物筛选、胶体组装和微纳印刷制造等方面具有重要的应用，而如何准确计算浮力是这些应用的关键。
阿基米德最早提出了浮力的计算方法，即著名的阿基米德定律，它指出漂浮物体受到的浮力等于其排开水的重量。如今，这个定律已成为了流体力学的重要基础。不过一些漂浮现象似乎违背了这个经典定律。例如，硬币、铁钉等密度比水大的物体也可以漂浮在水面上，但它们受到的浮力却远小于重力。
近百年来，研究者们逐渐揭示了其中的奥秘，这其实是表面张力在起作用。放在水上的物体会使水面发生一定程度的弯曲变形，从而产生向上的表面张力。在漂浮物尺寸减小时，液体表面张力起到的作用逐渐增大。典型的例子是水黾等水生昆虫，它们超疏水腿产生的表面张力是浮力的十倍以上。
近日，中国科学院化学研究所的宋延林研究团队发现，当物体从不同高度落入水中后，可以在水面上呈现不同浸没深度，从而表现出不同的浮力。通过对下落过程进行分析，他们发现：物体入水后先下落再上浮，在稳定之前会经历多次的上下振动。但是在这个过程中，物体表面的三相接触线（指固液接触面的边界线，这条线与固、液、气均接触）并不是一直移动的。
根据这个原理，研究人员提出了一个“浮滞回线”来指导物体浮力的调节。从这个曲线可以发现，在外加负载相同时，漂浮物的确可以呈现出不同的浮力，而施加外力的动态过程能够对漂浮物的最终浮力产生影响。这种浮力调节方法可以实现物体浮力的实时控制，在界面催化、海水淡化、漂浮机器人设计等领域具有重要应用。
这一研究首次提出了可变浮力的概念，引入了动态过程的影响，加深了人们对界面现象的理解，在相关领域具有重要的启示意义。开篇的问题，我们现在已经能够得到答案了，不过要注意：“同样的物体，可能在下落高度大时表现出较大的浮力，下落高度小时表现出较小的浮力”这个答案只在物体较小时有效哦。
本项目得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、博士后创新人才计划和博士后基金资助。作者单位：中国科学院化学研究所。版权说明：未经授权严禁任何形式的媒体转载和摘编，并且严禁转载至微信以外的平台！文章首发于科学大院，仅代表作者观点，不代表科学大院立场。转载请联系cas@cnic.cn。