物理基礎:浮力

<ポイント>
・流体中にある物体は(重力と比べて)軽くなる
・流体中にある物体には浮力がかかる
・浮力の大きさは「物体が押しのけた流体の重さに等しい」(アルキメデスの原理)
(1)浮力
「気体と液体」をまとめて、流体といいます。
流体中にある物体には浮力がかかります。

浮力とは、流体中にある物体が受ける「上向きの力」のことです。
物体が沈んでいても浮いていても浮力ははたらきます。

(2)浮力の大きさ(水中の物体の場合)
浮力の大きさは、物体の水中に沈んでいる部分の体積で決まります。
(「物体がおしのけた水の体積分の重さだけ、浮力がはたらく」=アルキメデスの原理

この浮力が生まれる理由は、水圧の大きさです。

水中にある物体にかかる水圧の大きさを考えてみると、
 左右 … 左からも右からも同じ大きさの水圧がかかる
 上下 … 深い場所の方が水圧が大きいので、(上からの水圧)<(下からの水圧)となり、上向きの力が大きい

この上向きの力が浮力なのです。

(3)水に浮くかどうか
浮力の大きさと物体にかかる重力の大きさを比べることで、物体が浮くのか・沈むのかが決まります。

浮力>重力 … 物体が
浮く(上向きの力の方が大きいため)
浮力=重力 … 物体の上面が水面より下の位置でとどまる(上下の力がつり合っているため)
浮力<重力 … 物体が沈んでいく(下向きの力の方が大きいため)

<補足>
物体が「水に浮くかどうか」を考えるときには、密度に注目することがあります。

「水より密度が小さい物体は、(ふつう)水に浮かぶ」といえます。
(密度が小さくなると、水と同質量での体積を比べると「物体の体積の方が大きくなる」ため)
つまり、押しのける水の量が多くなる分、浮力がたくさんかかるということです。

氷は液体の水よりも密度が小さいため、水に浮くのです。

<まとめ>
・流体中にある物体は(重力と比べて)軽くなる
・流体中にある物体には浮力がかかる
・浮力の大きさは「物体が押しのけた流体の重さに等しい」(アルキメデスの原理)

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

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