浮力

気体と液体を合わせて流体という．流体中では，物体は軽くなる．これは流体から物体を押し上げる力がはたらくためである．この力を浮力という．流体中の物体では，物体の上面より下面の方が深いところにあるため，流体が物体の上面を下向きに押す力よりも，物体の下面を上向きに押す力の方が大きいためにその分，浮力が生じる．

流体の密度を ρ 〔 kg/m 3 〕 ，物体の体積(液面下の体積)を V 〔 m 3 〕 とすると，流体中の物体が受ける浮力の大きさ F 〔N〕 は，

F=ρVg

と表わされ，物体が押しのけた流体の重力の大きさに等しい．これをアルキメデスの原理という．

浮力の大きさの求め方

上図の直方体の上面と底面の面積を S 〔 m 2 〕 とすると，上面にはたらく力の大きさ F 1  〔N〕 は，

F 1 =ρ h 1 gS

底面にはたらく力の大きさ F 2  〔N〕 は，

F 2 =ρ h 2 gS

である．側面にはたらく力は打ち消しあうので，直方体が流体から受ける力の大きさ F  〔N〕 は，

F= F 2 − F 1 = p 2 S− p 1 S=ρ h 2 gS−ρ h 1 gS

=ρgS( h 2 − h 1 )=ρVg

となる．

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学生スタッフ作成

2016年9月2日