浮力

浮力は、流体がその中にある物体に及ぼす上向きの力です。なぜ浮く物体と沈む物体があるのかを説明します。

アルキメデスの原理

アルキメデスの原理によれば、浮力の大きさは押しのけた流体の重さに等しくなります。物体が多くの流体を押しのけるほど、上向きの力は大きくなります。

浮く場合と沈む場合

物体が完全に沈む前に浮力が重さとつり合えば、その物体は浮きます。平均密度が流体より大きい場合、最大の浮力でも足りないため沈みます。

シミュレーションで密度を試す

質量、体積、流体の密度が異なる物体をシミュレーションで比べてみましょう。押しのけた体積と浮力が平衡をどう決めるかを、ライブ表示で確認できます。

アルキメデスの原理

流体中に置かれた物体は、流体を押しのける—これを排出（排液）という。流体は、押しのけられた流体の重さに等しい上向きの力で押し返す。この上向きの力が物体自身の重さと等しくできれば浮き、押しのけた流体に対して物体が重すぎれば沈む。

F_b = ρ · V · g

  • ρ — 流体の密度 (kg/m³): 流体の単位体積あたりの質量
  • V — 排除体積 (m³): 物体が押しのけた流体の体積
  • g — 重力加速度 (m/s²): すべてを下に引く重力加速度

ブロックが 0.002 m³ の水を押しのける。水の密度は 1000 kg/m³。水が押し返す浮力は？ （g = 9.8 m/s²）

  • ρ = 1000 kg/m³
  • V = 0.002 m³
  • g = 9.8 m/s²
  1. F_b = ρ · V · g
  2. F_b = 1000 kg/m³ · 0.002 m³ · 9.8 m/s²

F_b = 19.6 N

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