水圧と浮力
カワウソ先生浮力は「空気中の値−水中の値」。ばねばかりの目盛りが軽くなった分が浮力だよ。
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- 水圧は水の重さによって生じる圧力で、深いところほど大きく、あらゆる向きからはたらく。
- 水中の物体には上向きの浮力がはたらく。浮力は、物体の下面と上面にはたらく水圧の差によって生じる。
- 浮力の大きさは、空気中と水中でのばねばかりの値の差で求められる。
詳しく
公式
水中では、水の重さによって水圧が生じる。水圧は深いところほど大きく、物体の上下左右、あらゆる向きからはたらく。
水中にある物体には、上向きの力がはたらく。これを浮力という。浮力の大きさは、ばねばかりを使って、浮力〔N〕＝空気中でのばねばかりの値〔N〕−水中でのばねばかりの値〔N〕で求められる。
物体全体が水中に沈んでいれば、それより深く沈めても浮力の大きさは変わらない。浮力が物体にはたらく重力より大きければ物体は浮き上がり、小さければ沈む。浮き上がった物体は、水面で浮力と重力がつり合って静止する。
例題
例題1：ばねばかりにつるした物体は、空気中で1.5Nを示し、全体を水中に沈めると1.0Nを示した。浮力は何Nか。1.5−1.0＝0.5N。
例題2：同じ物体を、全体が水中にあるまま、さらに深く沈めた。ばねばかりの値はどうなるか。浮力は深さによらないので、値は1.0Nのまま変わらない。
例題3：ゴム膜を張った筒を水中に沈めると、深いところほどゴム膜のへこみはどうなるか。水圧は深いところほど大きいので、へこみは大きくなる。
なぜそうなるか
水圧が生じるのは、その上にある水の重さがかかるから。深いところほど上にある水が多いので、水圧は大きくなる。
水中にある直方体の物体を考えると、横向きの水圧は左右で打ち消し合う。上面より下面のほうが深いので、下面を上向きに押す水圧のほうが、上面を下向きに押す水圧より大きい。この差が上向きの浮力になる。
物体全体が沈んでいれば、どの深さでも上面と下面の深さの差は同じなので、水圧の差、つまり浮力の大きさも変わらない。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/water-pressure-and-buoyancy/?from=print#quiz
ばねばかりにつるした物体は、空気中で2.4Nを示し、全体を水中に沈めると1.8Nを示した。浮力の大きさは何Nか。数字で答えよう。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：0.6
浮力＝空気中の値−水中の値なので、2.4−1.8＝0.6N。空気中で3.0Nを示す物体を水中に沈めると、0.8Nの浮力がはたらいた。このとき、ばねばかりの値はどれか。
- ◯ 0.8N
- ◯ 2.2N
- ◯ 3.0N
- ◯ 3.8N
正解：2.2N
浮力の分だけばねばかりの値が小さくなるので、3.0−0.8＝2.2N。水圧について正しいものはどれか。
- ◯ 深いところほど大きく、あらゆる向きからはたらく
- ◯ 上向きにだけはたらく
- ◯ 浅いところほど大きい
- ◯ 深さに関係なく同じ大きさである
正解：深いところほど大きく、あらゆる向きからはたらく
水圧は水の重さによって生じるので深いほど大きく、物体のあらゆる向きからはたらく。水中の物体に上向きの浮力がはたらくのはなぜか。
- ◯ 上面にはたらく水圧が、下面にはたらく水圧より大きいから
- ◯ 下面にはたらく水圧が、上面にはたらく水圧より大きいから
- ◯ 横からの水圧が上向きに変わるから
- ◯ 水の中では重力がはたらかなくなるから
正解：下面にはたらく水圧が、上面にはたらく水圧より大きいから
下面は上面より深いので、下面を上向きに押す水圧のほうが大きい。この水圧の差が浮力になる。
単元のポイント
- 水圧 深いほど大きく、あらゆる向きにはたらく
- 浮力 水中の物体にはたらく上向きの力
- 浮力の求め方 空気中の値−水中の値
- 浮力と深さ 物体全体が沈んでいれば深さによらない