コピー2018.07.28浮力の基本的な計算問題は、要点を押さえれば、簡単に解けます。そこで、計算に最低限必要な式を整理しながら、ポイントを解説してみます。勉強する人や、参考書で詰まってしまった人に向けて書きました。後半には、無料のシミュレーター教材を使って解説を進めます。公式を試して、サクっと実感を得られますよ。ちなみに、技術士一次試験でさらっと出題されたことがあります。概念として分かっているつもりでも、突然問題として出題されると焦ります。ツボを押さえておけば、容易に解けて貴重な得点源になります。浮力とは?まずは、浮力のあらましを書きます。浮力は、アルキメデスの原理で説明される力です。アルキメデスの原理の定義は、デジタル大辞泉(小学館)が簡潔で分かりやすいので以下に引用します。流体の中で静止している物体は、それが押しのけた流体の重さだけ軽くなる、すなわち浮力を受けるという原理。小学館)』、https://dictionary.goo.ne.jp/jn/7703/meaning/m0u/(閲覧日:2018年7月8日)「押しのけた流体の重さだけ軽くなる」ということは、物体の重さに逆らって、物体の重さをサポートする力が発生しているということ。それが、「浮力」になります。図にするとこんな感じ。この「浮力」は、計算で求められます。以下に順次、説明していきます。浮力の計算の前に、計算に使う単位や量を整理しておきます。「物体の重さを出す式」に浮力の計算で使う単位が詰め込まれています。ゴッチャに混ざらないように注意して下さい。ちなみに、「比重」は「4°Cの水の密度に対する比」です。「アルミの比重:2.7」と書かれていたら。質量は、1000kg/m^3×2.7=2700kg/m^3、ということになります。「物体が押しのけた流体の重さ分の力」です。重さですから、前項の公式を使い、密度と体積を掛ければ、求まります。沈むかどうかは密度で決まる物体が流体に浮くかどうかは、密度の大小で決まります。身近なもので当てはめれば実感が湧くと思います。アルミのブロック(密度:2700kg/m^3)は、水(密度:約1000kg/m^3)に入れると沈みます。逆に、氷(密度:917kg/m^3)は水(密度:約1000kg/m^3)に浮かびます。押しのけた流体ってどこのこと?さて、「物体が押しのけた流体の重さ分の力」って言い回し、何かややこしくないですか?本によっては、「物体が排除した流体の重さ」という様な表現の場合もあります。いずれにせよ、何故かこの表現がわかりにくくて、理解に時間がかかりました。排除?なにが?みたいな。)なので、同じような方に向けて、くどいくらい書いておきます。このGIFアニメを見て下さい。四角い物体が水槽に入ってきたせいで、流体(水)が元々いた場所から立ち退かされ、その分水位が増えました。この水位が増えた部分が、「排除された流体」になります。「水位が増えた分の流体の重さ」が、「浮力」です。つりあいを考えるここで、つりあいを考えます。「物体の地上での重さ」との関係性はどうなっているのでしょうか?こんな感じでざくっと整理して覚えて下さい。氷が沈む部分は何%?ちょっと例題を設けてみました。実際に問題を解くと、慣れてきますね。シミュレーターで確かめられますオンラインの無料教材で、浮力について学べます。シミュレーターなので、密度や条件を変えて、確かめることができます。Simulations,「浮力」よりスクリーンショット長くなるので、別の記事に紹介しました。「PhET」で勉強を進めてみよう。無料のシミュレーション教材「PhET」を、浮力の解説に活用してみました。2002-12-01Amazon楽天ブックスhonto浮力に関しては、丁寧に導出から解説されています。進めたい方は、下記の書籍がおすすめです。1997-02-01Amazon楽天ブックスhonto流体力学は、私はこの本から初めました。丁寧で、わかりやすいです。コピーnoboyuのぼゆエンジニアリング関連記事スポンサーリンク無料の教材「PhET(フェット)」を使おう!シミュレーターで理系科目の独学がすごく楽しくなるよ「PhET」で勉強を進めてみよう。浮力編スポンサーリンクプロフィールのぼゆです。普段は個人事業主として、機械設計や製図の請負などに従事しています。独学から入ったので、その勉強法や業務上のTipsなどを綴ります。