一般小学生
まとめ
解説
物体が液体に浮くとき、その物体には下向きの重力と上向きの浮力が働いています。アルキメデスの原理によれば、浮力の大きさは「物体が押しのけた液体の重さ」に等しくなります。つまり、水面下の部分の体積をVsub、液体の密度をρとすると、浮力Fは F = ρVsubg で表されます。
物体が静止して浮いている場合、物体の全質量をMとすると Mg = ρVsubg が成り立ちます。ここから、水面下の体積は物体の密度と液体の密度の比によって決まることがわかります。例えば、密度が水の0.9倍である氷は、体積の90%が水面下に沈みます。
| 状態 | 重力と浮力の関係 | 水面下の体積 |
|---|---|---|
| 浮いている（静止） | 重力 ＝ 浮力 | 全物体の重さと等しい液体の体積分 |
| 沈んでいる（底に付着） | 重力 ＞ 浮力 | 物体全体の体積 |
| 強制的に沈める | 重力 ＋ 押す力 ＝ 浮力 | 物体全体の体積 |
小学生のみなさんへ
水に物を浮かべたとき、水の中に沈んでいるところを「水面下の部分」と呼びます。例えば、お風呂にプラスチックのコップを浮かべると、少しだけ水の中に沈みますよね。この沈んでいる部分が、まわりの水を外側に押し出しています。
この「押し出された水の重さ」が、物を上に押し上げる力（浮力）になります。重い物でも、水の中に沈んでいる部分が大きければ大きいほど、上に向かう力は強くなります。氷山が海に浮いているとき、実は目に見えるところよりも、水の下にある部分のほうがずっと大きいのです。
ルラスタコラム
鉄でできた重い船がなぜ海に浮くか知っていますか？それは、船の中を空洞にして、水の中に沈む部分の体積を大きくしているからです。たくさん水を押し出すことで、大きな船を持ち上げるほどの強い力が生まれているのですね。
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