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【いろいろな力】浮力の公式とは?注意点も簡単に解説!

この記事では

  • まずはザックリ理解したい
  • イメージを優先したい
  • 苦手を克服したい

というひと向けに解説をしていきます。

 

【今回わかること】

  • 浮力の向きと大きさ
  • 浮力の大きさにおける注意点

 

 

力についての基本事項をまだ確認してない方は、先に確認しておいてください。

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浮力とは?

まこと
浮力とは「水や空気などが物体を浮かせる力」のことです

水の中に物体があるときに、その物体は水に触れているので力を受けます

これを「浮力」と呼びます。

 

浮力の向き

日常生活のなかで浮力を感じる機会が多いのは「お風呂」でしょう。

あなたが湯船に浸かっているところをイメージしてみてください。

お湯に浸かると、少し体が軽くなったように感じませんか?

あまり意識したことがない方は、今日の夜お湯に浸かってるときに腕や脚を動かしてみてください。

お湯に浸かってないときと比べると動かしやすく感じます。

このように軽く感じるのは、浮力が上向きに働くためです。

イメージとしては、誰かに腕や脚を軽く支えてもらっているのと同じ状況ですね。

まこと
水や空気に触れている限り力を受ける、その力を「浮力」と呼ぶというイメージは湧きましたか?

 

浮力の大きさとアルキメデスの原理

浮力の大きさを決めるアルキメデスの原理というものを紹介しておきます。

液体中にある物体は、その物体が押しのけた液体の重さに等しい浮力を受ける

少しわかりにくいので、ここでも「お風呂」を例にイメージできるようにしましょう!

まずは、次の一連の流れを想像してみてください。

  1. 湯船にギリギリまでお湯をはる
  2. 湯船に自分が入る
  3. お湯があふれる

今回は排水口をなにかで塞いで、あふれたお湯はその場にたまっていくとしましょう。

想像できましたか?

 

では想像の中で、先ほどあふれたお湯を集めて塊のようなものを作ってみてください。

お湯に浸かっている体には、このあふれたお湯の塊に働く重力(つまり重さ)と同じ大きさの浮力が働きます。
(重力ってなんだっけ?という方はこちらから復習しましょう!)

これが「アルキメデスの原理」というものです。

 

では、問題を解くうえではどうやって浮力の大きさを決めれば良いのか

それは次の3つのもので決まります。

  1. 水(それ以外の液体や空気)の密度
  2. 浸かっている部分の体積
  3. 重力加速度
    (重力加速度ってなんだっけ?という方はこちらから復習しましょう!)

特に気をつけないとミスを連発してしまうのは、次の2つです。

  1. 水(それ以外の液体や空気)の密度
  2. 浸かっている部分の体積
  3. 重力加速度

 

密度についての注意点

浮力の問題では、2種類の密度を与えられることが多いです。

  • 水(それ以外の液体や空気)の密度
  • 浮いている物体の密度

浮力の大きさで必要なのは「水(それ以外の液体や空気)の密度」です。

これは先ほどのアルキメデスの原理でもお話ししました。

問題で与えられた密度を選び間違えないように細心の注意をはらってください。

まこと
ここでミスをする人が最も多いので気をつけましょう

 

体積についての注意点

体積は「浸かってる部分だけ」ということに気をつけましょう。

ここでよくあるミスが、物体全ての体積を使ってしまうというものです。

浮力について考えるときは、浸かってない部分は関係ありません

例えば、水に入るところをイメージしてみてください。

左から順番に水に浸かっている量がどんどん増えていっています。

先ほどのアルキメデスの原理から、浮力は押しのけた水の量で決まるとやりましたよね?

なので、上の例ではそれぞれの浮力が次のようになります。

  • 脚だけ浸かっているなら、脚の分だけの浮力が働く
  • 胸まで浸かっているなら、胸までの分だけ浮力が働く
  • 全身が浸かっているなら、全身の分浮力が働く

つまり、押しのけた水の量がもっとも多い「全身が浸かっているとき」が浮力は最大になるということです。

まこと
浮力を考えるときは「浸かっている部分に注目する」ということを忘れないようにしましょう!

 

文字を使ったキッチリした説明も気になる方は、こちらの動画をチェックしてみてください。

 

ほかにも覚えておかなければいけない力もあるので、まだ整理できていない方はこちらをチェックしておきましょう!

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