意外と勉強が追いつかない場合も多いですよね。今までなかった「圧力」が関わるため、なんとなく難しく感じがちです。この記事では画像を使いながら浮力を解説していきますね。浮力関連の問題は簡単に解けるようになります。受験生がつまづきやすい、アルキメデスの原理も解説していきます。最後まで読んでいってください。水の上に浮くことができます。水中では「浮力」という力が生じるからです。今回は浮力の大きさを求めていくのですが、そのためには「水圧」を考えなければいけません。ややこしいですが一緒に頑張っていきましょう。水による圧力のことです。水は一粒一粒の水分子からなっており、すべての水分子に重力がかかっています。上に水分子が積み重なってくるため、どんどん重力の影響が大きくなります。水圧は水深が深いほど大きくなるのです。それでは実際に水圧を求めてみましょう。水槽の中から、図のように断面積\(S\)、高さ\(h\)の円柱に注目します。この円柱には重力が働きます。密度×体積=質量によって求めています。円柱部分だけが沈んでいってしまいますが、もちろんそんなことはありえません。円柱が支えられているのです。水圧による力は\(pS\)となります。以下のように水圧\(p\)が求まります。hg\]このようにして水圧が求まりました。水圧は液体の密度と深さだけで決まるのですね。今回は無視しましたが、正確には水面にかかる「大気圧」を考慮する必要があります。基本の考え方は同じです。水圧が求まったところで、さっそく浮力を求めていきましょう。物体を沈めると四方八方から水圧がかかり、それによって四方八方から力を受けます。この力を全部合わせた結果が浮力です。それでは断面積\(S\)、高さ\(h\)の物体を水に沈め、その浮力を考えてみましょう。下面の水深を\(h_{下}\)とします。今回は物体を沈めていることに注意しましょう。水深によって水圧の大きさが変わりました。同じ深さの水圧は同じということです。左右で釣り合って消えてしまうことがわかります。残るのは上面と下面に働く圧力のみです。上下に働く力は以下の通り。上向きに働く浮力\(F_{浮力}\)は以下のように求まります。Shg\end{align*}このようにして浮力が求まりました。実は一般にどんな形の物体でも同じように表せます。浮力の大きさをした原理を「アルキメデスの原理」といいます。根本的な考え方は円柱とまったく同じです。以下のように解釈します。水中の物体は、その物体が押しのけた水の重力に等しい浮力を受ける。先ほどの式を思い出します。結果的に水の質量を表しています。Vg\)は水の重力を表しているわけです。これを図で確認します。V\)は物体の体積分の水です。これを「物体が押しのけた水」と呼んでいるのです。物体が押しのけた水の重力に等しいと言えますね。式を丸暗記しているより思い出しやすいので、ぜひこちらで覚えておきましょう。物体の浮き沈みさて、ここまで浮力を見てきました。こんな疑問が湧く人もいそうです。発泡スチロールを水に沈めようとしても、すぐに水面に浮いてきてしまいます。体積が同じなら浮力は同じです。この違いはなんなの?この疑問は冷静に力の図示をすれば、すぐに解決できます。浮力だけでなく重力など他の力もかかります。浮力の影響が大きくなりやすいから浮き上がるのです。言われてみれば当然ですね。物体が水中で止まるということになります。浮力の大きささえ求めることができれば、あとは今まで通り運動方程式で考えられるのです。まとめ今回は浮力の解説でした。力の求め方を理解して、アルキメデスの原理を理解してしまえば、あとはただの力の一種として扱えます。普段ネットを通した個別指導をしている僕が、60分無料の受験のお悩み相談を始めました。親御さんが抱える不安に関してなどなどどんなことでも相談を受け付けています。気になった方はぜひ下のリンクをチェックしてみてください。特殊な分野というイメージがあるかもしれません。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください。僕が青チャートを解くときに気をつけること。猫検定を受けることになった。努力は大事だけど「キッカケ」も大事。ローレンツ力の動画を投稿しました。WordPress.。