浮力原理的早期实践，特别是筏体的使用，是人类利用自然力量实现水上运输的重要里程碑。筏体能够承载重量在水面航行，其核心机制正是基于水压差，这本质上体现了阿基米德浮力原理。
以下是筏体如何利用水压差实现承重航行的详细解释：
浮力原理的核心：水压差
- 液体（水）内部存在压强，且压强随着深度增加而增大。
- 当一个物体（如筏体）浸入水中时，其各个表面都会受到水施加的压力。
- 物体上表面（较浅）受到的水压较小。
- 物体下表面（较深）受到的水压较大。
- 物体侧面受到的压力在水平方向上大小相等、方向相反，通常会相互抵消。
- 关键点： 由于物体上下表面所处的深度不同，它们受到的水压大小也不同。下表面的水压大于上表面的水压。这种水压差会产生一个净向上的力。
筏体的结构与水压差
- 材料特性： 筏体通常由密度小于水的材料（如木材、竹子、芦苇）或内部含有大量空气的材料（如充气的皮囊）制成。这些材料的整体密度小于水。
- 浸入水中： 当筏体放入水中时，由于其整体密度小于水，它会部分浸入水中，排开一部分体积的水。
- 受力分析：
- 筏体的下表面浸没在水下较深的位置，受到较大的向上水压。
- 筏体的上表面可能在水面上（暴露在空气中，只受大气压）或在水面下较浅的位置（受到较小的向下水压或大气压）。
- 因此，作用于筏体下表面的向上水压显著大于作用于上表面的向下水压（或大气压）。
- 净效果： 这个上下表面的水压差产生了一个合力向上的力。这个向上的力就是浮力。
承重航行的实现
- 初始浮力： 空载的筏体自身重量较轻。当它放入水中时，只需要排开少量体积的水（产生较小的浮力），就足以平衡筏体自身的重力，使其漂浮在水面上。此时浸入水中的部分（吃水线）较浅。
- 增加负载： 当在筏体上添加货物或人员（负载）时，筏体的总重量（筏体自重 + 负载重量）增加。
- 下沉与排水量增加： 增加的重量会迫使筏体下沉得更深，浸入水中的体积（排开的水的体积）也随之增大。
- 浮力增大： 根据阿基米德原理（浮力大小等于物体排开液体的重力），以及水压差的原理（浸入更深，下表面压强更大，水压差更大），筏体所受到的浮力也随之增大。
- 达到新的平衡： 筏体会继续下沉，直到它排开的水的重量（即产生的浮力）恰好等于筏体自身重量加上所有负载的总重量。此时，向上的浮力与向下的总重力达到平衡，筏体就稳定在一个新的、更深的吃水线上漂浮。
- 航行： 在这个平衡状态下，筏体及其负载能够漂浮在水面上。通过划桨、撑篙、风帆或水流等外力，筏体就可以实现航行。
总结：
筏体能够承重航行的根本原因在于其利用了水压差产生的浮力。筏体材料的整体密度小于水，使其能够漂浮。当增加负载时，筏体下沉更深，排开更多的水，导致下表面受到的水压更大（相比上表面），从而产生更大的向上浮力。这个增大的浮力最终平衡了筏体和负载的总重量，使筏体能够承载着负载漂浮在水面上并实现航行。古人在没有完全理解浮力科学原理的情况下，通过观察和实践，成功地应用了这一自然规律。
