浮力

右図1のように水槽に水を張り、水中の深さdのところにある、高さh断面積Sの部分Kに働くを考えます。
Kの上部には、体積の水があり、水の密度をrとすると、水の質量Kの上部の水がKに及ぼすは鉛直下向きにです。
Kの内部には体積の水があり、これに働く重力は鉛直下向きにです。結局、Kには、鉛直下向きにが働きます。
Kの下面には、下側の水からの抗力が働くことによって力のつり合いが成立します。このがなければ、Kの水は下向きに動き出すことになります。
ということは、
Kの下面には、Kの上面には、という圧力が働いています。この圧力は、水中、同じ深さの位置では等しくなります。圧力差ができれば、風が吹くような感じで、水が動くことになります。
右図
1では、K以外の部分の面積の部分に、Kの下面と同じ深さというが働いている様子を描いてあります。

右図
2では、Kの部分に質量mの物体を入れた状況を示しました。K以外の部分には状況変化はないので、Kの下面と同じ深さの部分には、というが働き、同じ深さのところでは圧力が等しくなるので、物体の下面には、鉛直上向きにというが働きます。物体の上面には、物体の上側の水が及ぼすが働きます。
結局、物体には鉛直下向きの
重力の他に、鉛直上向きに、というが働くのです。
この
浮力と言います。浮力は物体を浮かせる方向に働き、その大きさは、「物体が押しのけている部分に水があったとしたときの水に働く重力に等しくなる」と表現できます。これをアルキメデスの原理と言います。
浮力に関するアルキメデスの原理は、水以外の液体でも、気体でも成立します。


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