浮力とは何か?浮力の計算方法

浮力とは何か?浮力の計算方法は?【演習問題】

 

ここでは、浮力に関する以下の内容を解説していきます。

 

・浮力とは何か?浮力の定義や公式は?

 

・実際に浮力を計算してみよう!

 

・浮力と水圧の違い

 

・耐水性とは?

 

・耐水性試験の種類は?

 

というテーマで解説しています。

 

 

浮力とは何か?浮力の定義や公式は?

浮力の定義は、ある流体中に物体をいれた際に、物体が排除した体積に等しい流体の質量のことを指します。

 

浮力は以下のイメージ図の通りです。

 

 
そして浮力の定義(公式)は F = V ρ g です。ここでF:浮力[N]、V:物体の体積[m^3]、ρ:流体の密度[kg/m^3]、g:重力加速度[m/s^2]です。

 

 

 

ただ、浮力は物体によらないといっても、物体によって流体に浮くものと沈むものがありますよね? 実はこの違いは、単純に物体には浮力と重力の両方があかっており、そのバランスによって浮くか沈むかが決まります。

 

上のイメージ図では正確に記載すると下向きの重力の項が入ったものが正しいものといえます。

 


つまり、重力の方が浮力から大きかったら沈み、浮力の方が重力より大きかったら浮きます。

 

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浮力の計算問題を解いてみよう!

具体的な計算問題を解いた方が早く浮力について理解できるため、以下の問題を解いてみましょう。

 

例題

 

密度がρが1000kg/m^3である水に密度9000kg/m^3で体積Vが1000cm^3である銅を入れるとします。

 

銅をいれた場合の重力と浮力を計算し、浮かぶかどうかを考えましょう。

 

解答

 

まず浮力を計算していきましょう。浮力の定義より F浮 = Vρ液 g = 0.001 × 1000 × 9.8 = 9.8 N となります。
ここで、浮力には流体の密度を使用することに気をつけましょう。

 

一方で、重力は F重 = mg = V ρ銅 g = = 0.001 × 9000 × 9.8 = 88.2 N となります。

 

よって、重力の方が浮力よりも大きいために、沈みます。

 

勘のいい方なら気づいたかもしれませんが、結局は液体に浮かぶかどうかは液体の密度と入れる物体の密度を比較し、物体の密度の方が大きければ沈み、物体の密度の方が小さければ沈みます

 

以上が浮力と重力の求め方です。

 

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(※以下工事中)

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