一般小学生
まとめ
【定義】 物体を完全に沈める際、全体の体積から計算される浮力と物体の重さの差を補うために、外部から鉛直下向きに加える力。
まとめ
物体を完全に沈めたときに、浮力が重さよりも大きい場合、物体は自然に浮き上がろうとする。この物体を水面下に完全に沈めて静止させるためには、上向きの浮力と下向きの重さの差を相殺する力を下向きに加える必要がある。このとき「指でおした力 + 物体の重さ = 浮力」というつり合いの関係が成り立つ。
解説
物体を液体に入れたとき、物体が押しのけた液体の重さに等しい上向きの力、すなわち浮力が生じる。物体を完全に液面下に沈めた状態では、浮力は一定の最大値をとる。この浮力の値が物体の重さを上回っている場合、物体はそのままでは沈みきらず、浮力と重さが等しくなる位置(水面)まで上昇する。物体を完全に沈め続けるためには、足りない分の下向きの力を外部から補う必要があり、これが実験等でよく問われる「指でおした力」である。計算上は「指でおした力 = 浮力 - 物体の重さ」で求めることができる。この概念は、台はかりの上に置いた水槽に物体を沈める際の、はかりの目盛りの増加分(反作用)を考える問題などでも重要となる。
小学生のみなさんへ
おふろの中に、ぷかぷか浮くボールを無理やり押しこんだことはありますか。ボールを沈めようとすると、下からぐぐっと押し返されるような力がはたらきます。これは水の中に沈めたときに、上向きに「浮力(ふりょく)」という力がはたらくからです。ボールをずっと沈めておくためには、上に向かっておしてくる浮力に負けないように、指で下におし続けてあげなければなりません。この、指でおした力の大きさを計算するときは、水が押し返す力(浮力)から、ボールそのものの重さを引いて考えます。
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