次の3点を押さえておこう。水圧の大きさは水面からの深さのみで決まる。水圧の大きさは水深1cmで100Pa。水と接するすべての方向から(物体をつぶす向きに)はたらく。水中にある物体が受ける力。水圧が原因となってはたらく。水中にある物体が受ける浮力の大きさは、その物体が押しのけた水の重さに等しい。水中にある物体が受ける浮力の大きさは、その物体が押しのけた水の重さに等しいです。これをアルキメデスの原理といいます。本来、浮力というのは水圧が原因となって生じるものです。ここでは水圧から浮力を計算してみましょう。いま↓の図のように容器に水が入っていて深さh(cm)のところに高さH(cm)・底面積S(cm2)の円柱が沈んでいたとしましょう。この円柱の上面は深さh(cm)のところにあります。円柱の下面は深さH+h(cm)のところにあります。(↓の図)この円柱には水と接するあらゆる方向から水圧が加わっています。(↓の図)しかし側面の水圧は水深が同じものどうしであればその大きさは等しいため、互いに打ち消し合います。(↓の図)そのため円柱の上面と下面の水圧のみを考えます。水圧は水深1cmで100Paでした。(N/m^2)$$となります。(↓の図)この水圧による力は$$力(N)=圧力(N/m^2)×面積(m^2)$$で求めることができます。圧力の求め方は$$圧力(N/m^2)=力(N)÷面積(m^2)$$これを変形すると$$力(N)=圧力(N/m^2)×面積(m^2)$$よって上面にはたらく水圧による力は$$100h(N/m^2)×\frac{S}{10000}(m^2)=\frac{hS}{100}(N)$$下面にはたらく水圧による力は$$100(H+h)(N/m^2)×\frac{S}{10000}(m^2)=\frac{(H+h)S}{100}(N)$$となります。(↓の図)下面にはたらく力の方が大きく、その差は$$\frac{(H+h)S}{100}(N)ー\frac{hS}{100}(N)=\frac{HS}{100}(N)・・・1$$となります。これが浮力の大きさです。一方でアルキメデスの原理から浮力を求めてみましょう。\frac{HS}{100}(N)・・・2$$となります。これが浮力の大きさです。1・2は全く同じ式です。実は浮力はこのような2通りの求め方ができます。このようにして水圧から浮力を求めることもできます。次に密度d(g/cm3)の液体が入った容器に円柱を沈めることを考えます。沈める円柱は密度D(g/cm3)・高さH(cm)・底面積S(cm2)とします。下の図のように深さh(cm)のところに沈めたときを考えます。このときの円柱の上面と下面にはたらく液体による圧力を考えます。水圧は水深1cmで100Paです。密度がd(g/cm3)の液体ならば水深d(cm)で100d(Pa)となります。(N/m^2)$$となります。よって上面にはたらく液体の圧力による力は$$100dh(N/m^2)×\frac{S}{10000}(m^2)=\frac{dhS}{100}(N)$$下面にはたらく液体の圧力による力は$$100d(H+h)(N/m^2)×\frac{S}{10000}(m^2)=\frac{d(H+h)S}{100}(N)$$となります。(↓の図)よってこの差は$$\frac{d(H+h)S}{100}(N)ー\frac{dhS}{100}(N)=\frac{dHS}{100}(N)・・・3$$となります。これが物体にはたらく浮力です。一方で円柱にはたらく重力の大きさを考えましょう。円柱の体積は$$S(cm^2)×H(cm)=HS(cm^3)$$円柱の密度はD(g/cm3)なので、その質量は$$D(g/cm^3)×HS(cm^3)=DHS(g)$$これを重さ(N)に直しましょう。\frac{DHS}{100}(N)・・・4$$となります。ここで3(浮力)と4(重さ)を比べてみましょう。3(浮力)が4(重さ)よりも大きいとき浮力の方が大きいと円柱は上に動きます。円柱は液体に浮いてしまうのです。このとき3>4なので$$\frac{dHS}{100}>\frac{DHS}{100}$$よってd>Dです。d>Dならば円柱は浮いてしまうということです。4(重さ)が3(浮力)よりも大きいとき重力の方が大きいと円柱は下に動きます。円柱は液体に沈んでしまうのです。このとき3<4なので$$\frac{dHS}{100}<\frac{DHS}{100}$$よってd<Dです。d<Dならば円柱は沈んでしまうということです。これらは→【密度】←の単元にもあるように物体が液体に浮く・・・物体の密度が液体よりも小さい物体が液体に沈む・・・物体の密度が液体よりも大きいということを示していることになります。浮く・沈むは元をただせば浮力や水圧から来ているということです。POINT!!物体の浮き沈みは、密度の大小関係で決まる。本来は浮力と重力の比べ合い。浮力>重力ならば物体は浮き、浮力<重力ならば物体は沈む。地球をとりまく空気の層。海水面からおよそ10kmの高さまでに大気が存在する。大気による圧力のこと。海水面上での大気圧は1013hPa。中1物理【*浮力の計算】このページは浮力の求め方を解説しています。アルキメデスの原理という考え方を使います。中学校ではあまりやらないため、やや発展的ですが、それほど難しくありません。高校物理でも知っておくとよい考え方です。中1物理【*凸レンズの写像公式】*このページは発展的な内容を含みます。少なくとも中3数学「図形の相似」の知識を用います。以下の図において次の公式が成り立つ。中1物理【浮力とは】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。読んでよく理解してください。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。誰よりもわかりやすく解説します。@chuugakurikaこちらのオンラインショップにて教材も販売中です。1つ300円以下で、決済方法も多くお買い求めやすくなりました。LINEにて理科の勉強内容の質問や勉強方法の相談も受け付けています。ショップ情報やサイト更新情報も配信中。誰よりもわかりやすく解説します。@chuugakurikaこちらのオンラインショップにて教材も販売中です。1つ300円以下で、決済方法も多くお買い求めやすくなりました。LINEにて理科の勉強内容の質問や勉強方法の相談も受け付けています。ショップ情報やサイト更新情報も配信中。コメントありがとうございます。ご指摘の箇所、修正しておきました。_)m中1物理【圧力】Medswim2020.02.15いつも利用させていただいております。わかりやすく、私も勉強になります。分数になおしたら、の部分、単位が逆になっていると思います。コメントありがとうございます。理解してもらえてよかったです。機会がありましたらぜひご覧ください。コメントありがとうございます。理解してもらえて何よりです。受験がんばってくださいね。サイト作成者についてお問い合わせ検索タイトルとURLをコピーしました。