垂直におす

一般小学生

まとめ

垂直におす
浮いている物体に対して鉛直下向きに外力を加え、静止状態よりも深く水中に沈める動作

解説

流体中にある物体には、その物体が押し退けている流体の重さに等しい上向きの力、すなわち浮力が働きます。これをアルキメデスの原理と呼びます。物体を垂直におすという行為は、人為的に水面下の体積(排水量)を増加させる行為です。沈む深さが深くなるほど、排除される水の体積が増えるため、物体を押し戻そうとする浮力は増大していきます。

物体を一定の深さで静止させるためには、物体に働く力のつり合いを維持する必要があります。具体的には、下向きの力重力と垂直におす外力の合計)が、その深さで発生する浮力と等しくなる必要があります。以下の表は、浮いている状態と垂直におしている状態の物理的な違いをまとめたものです。

状態 水面下の体積 力の大きさ 力の関係
静止して浮いている 小さい 重力と等しい 浮力 = 重力
垂直におしている 大きい 重力より大きい 浮力 = 重力 + 外力
コラム

物体が完全に水没した後は、それ以上深く沈めても排除する水の体積は変化しません。そのため、理論上、浮力の大きさは一定となり、必要となる外力の大きさも深さに依存しなくなります。試験問題では、物体の密度液体の密度、物体の底面積などを用いて、特定の深さまで沈めるために必要な力(外力)を計算させるパターンが多く見られます。

小学生のみなさんへ

お風呂でボールを水の中にぎゅーっと押しこんだことはありますか?深く沈めようとすればするほど、水が押し返してくる力が強くなって、大変になりますよね。このように、浮いているものをまっすぐ下におして、水の中に沈めることを「垂直におす」といいます。これは、水が物を持ち上げようとする「浮力(ふりょく)」という力に関係しています。

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