このページでは「浮力とは何か？」「浮力で押さえておきたい性質」について解説しています。
浮力は難しい、というイメージを持っている人も多いと思いますが、カンタンです！
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※浮力の「より詳しい求め方」や発展的な内容を知りたい場合は→【*浮力の計算(アルキメデスの原理)】←を参考にしてください。
1．浮力とは
液体の中にある物体が、液体から受ける上向きの力。
水圧について思い出しましょう。（詳しくは→【水圧】←）
水圧のポイント！
①水圧は水面からの深さのみで決まる。
②水深1cmで100Paの水圧。
③水圧は水と接するすべての方向から垂直にはたらく。
このことから水中にある物体にはたらく水圧のイメージは以下の図のようになりました。
（深いほど水圧は大きい・水と接する面には水圧がはたらく）
この物体にはたらく水圧のうち、
側面にはたらくものは水深が同じであれば大きさは同じなので互いに打ち消し合います。
次に上面にはたらく水圧と下面にはたらく水圧を比べると・・・
水深が大きい分、下面にはたらく水圧の方が大きいです。
下面にはたらく水圧と上面にはたらく水圧の差から物体には上向きに力がはたらくことになります。
このように水圧の差から生じる上向きの力を浮力といいます。
2．浮力の大きさ
ある物体を空気中でばねはかりを用いて重さを調べたところ40Nでした。
この物体を水の中に沈めるとばねはかりの目盛りはどうなるでしょうか？
空気中ではかった「40N」という値は物体の重さ（＝物体にはたらく重力）です。
水中ではそれに加え、浮力がはたらいてしまいます。
重力は下向きですが、浮力は上向きです。
互いに反対向きの力ですので打ち消し合います。
左の図のばねばかり・・・重さがそのまま表示されます。
右の図のばねばかり・・・浮力の分だけ小さな値が示されます。（「重力－浮力」の値が示される）
このことからよって浮力の大きさは
空気中でのばねばかりの値－水中に沈めたときのばねばかりの値
で求められます。
3．アルキメデスの原理(基本)
物体のうち、沈んでいる部分の体積が大きいほど浮力は大きい。
直方体にばねはかりにつないで少しずつ沈めていった様子が下の図です。
このときの浮力の大きさはA～Eの場合でどう異なるでしょうか。
沈んでいる部分の体積が大きいほど浮力は大きいので、浮力の大きさはA＜B＜Cです。
C・D・Eの場合にはたらく浮力も比べましょう。(こちらの方が大事)
浮力が大きいのはC・D・Eのどの場合でしょうか。
C・D・Eでは沈んでいる部分の体積が同じですので、物体にはたらく浮力はすべて等しくなります。
C＜D＜Eという関係ではありません！C＝D＝Eです！
よって浮力の大きさはA＜B＜C＝D＝Eとなります。
またばねはかりの目盛りはA＞B＞C＝D＝Eとなります。
浮力の大きさをグラフ化したものが以下です。
※浮力のより詳しい求め方を知りたい場合は→【*浮力の計算(アルキメデスの原理)】←を参考に。
POINT!!
・浮力は、下面の水圧と上面の水圧の差によって生じる上向きの力。
・浮力＝空気中での重さ－水中に物体があるときの重さ
・沈んでいる部分の体積が大きいほど浮力は大きくなる。
コメント(承認された場合のみ表示されます)
中学一年生の娘がとても分かりやすいと申しております。
プリントアウトして見直したり、問題集を解くときに手元に置いて見たりしたい
とのことで印刷してみました。
印刷した時にもう少し図が小さく、ひとまとまりの項目がページ途中で切れなければ
ものすごく使いやすいです。そこはやはり難しいでしょうか。。。
ductileさん
コメントありがとうございます。
いつも見ていただきありがとうございます。
どちらかというとスマホで見ることを前提としたつくりにしていたため、印刷時はやや不便なレイアウトになっていたかもしれません。
申し訳ありません。
少しずつ、印刷時に利用していただきやすいレイアウト調整を試みてみます。
貴重なご意見、ありがとうございます。
[…] より浮力の基本的な内容については→【浮力とは】←で解説しています。 […]
初めまして。お伺いしたいのですが、よろしくお願いします。
0.9Nの重りがついたものを水中に入れて、ばねばかりが0.4Nを示した時、
この重りの上から下に加わる力の値がを求めなさい。という問題です。0.1Nになるそうで、理由がわかりません。浮力が0.5Nで、下からの力の方が大きいのになぁと思っています。よろしくお願いします。
なつこ様
コメントありがとうございます。その他の条件や問題の図などはありますか？あればいただけると幸いです。
こんばんは。返信ありがとうございます。
ばねばかり0.9Nを、示すおもりを
ビーカーの水の中に沈めていきます。
水面からおもりの底面までの距離が
０cmのとき、ばねばかりの値0.9N
2cmのとき、ばねばかりの値0.8N
4cmのとき、ばねばかりの値0.7N
そして
10cmのときばねばかりの値0.4N
12cmのときばねばかりの値0.4N
というふうに
10cmからは0.4Nです。
遅くなり申し訳ありません。どうぞよろしくお願いします。
問は、水面から重りの底面までが12cmのとき、重りの上から下にかかる力は何Nか？という問題です。
よろしくお願いします。
なつこ様
何度もありがとうございます。
このおもりの形についてのヒントはありますか？
例えば底面積や高さなどです。
底面積が5cm2、高さが2cmではないかと思うのですが。。。
こんばんは。ご返信ありがとうございます。底面積や長さは問題にないんです。
おもりの高さは、もしかして10センチでしょうか？
10cmの時からばねばかりが0.4Nを示して、それ以降沈ませても0.4Nだからそう考えました。
よろしくお願いしますm(_ _)m
水面からおもりの底辺が12cmの時、おもりの上面から2cmが水面になると思います。形は円柱の絵でした。
なつこ様
何度もお手間を取らせてすみません。
以下のようにすると0.1Nという答えが導き出されます。
水面からおもりの底面までの距離が12cmでおもりの高さが10cmのとき
水深1cmにおける水圧は100Pa。
おもりの上面(水深2cm)にはたらく水圧は200Pa。
おもりの下面(水深12cm)にはたらく水圧は1200Pa。
おもりの底面積をS(cm2)とすると
力(N)＝圧力(Pa)×面積(m2) ※圧力の公式を変形したもの
を用いて
おもりの上面にはたらく力は
200Pa× S/10000(m2)＝S/50(N)・・・①
おもりの下面にはたらく力は
1200Pa× S/10000(m2)＝3S/25(N)・・・②
①・②の差が浮力を表すので
3S/25－S/50＝0.5N
6S－S＝25 (両辺を50倍)
5S＝25
S＝5cm2
これでおもりが円柱としたときの断面積が5cm2とわかる。
よって上面にはたらく力は①にS＝5を代入して
S＝0.1N
いかがでしょうか？？
ありがとうこざいました！
やっと理解出来、大変感謝いたします！m(_ _)m
いくつもコメントさせていただき失礼いたしました！
回答は、分数で答えても正解をいただけるものでしょうか？
念のため、お伺いしてもいいでしょうか？
1/10Ｎと書いてしまっても○を貰えますか？
なつこ様
解決できてよかったです。
答については小数で書く方がよいです。
分数でも○してくれることも一部はあるとは思いますが、厳しければ×されてしまいます。
入試問題では、「分数で書け」という指定がない限り、小数で書く方が良いと思われます。
また何かありましたら当サイトをご覧ください。