浮力とは、流体がその中に浸された物体に及ぼす力です。物体が流体に挿入されると、垂直上向きの力がその物体に作用します。この力は、物体の挿入によって変位する流体の重量と同じ強さになります。
浮力とアルキメデスの原理
アルキメデスの原理は、流体に浸されたすべての物体は上向きの垂直力の作用を受け、その強さは物体によって押しのけられる流体の重量に対応すると述べています。この力は、私たちが浮力として知っているものです。
浮力はニュートン単位で測定されるベクトル量であり、押しのけられた流体の密度と体積、および局所的な重力加速度に比例します。
フロートケース
体は流体の上に浮くことができます。 密度は流体の密度より小さいため、この場合、物体に垂直方向に作用する力の合力はゼロになります (重量と浮力)。
物体の密度が流体の密度と等しい場合、物体によって押しのけられる流体の重さはそれ自身の重さに等しいため、物体は流体の中に置かれても静止したままになります。
物体の密度が流体の密度より大きい場合、物体は押しのけられる流体の重量よりも重さの方が大きいため、下向きの加速度によって物体は沈み、そのため物体は容器の底で停止する傾向があります。
流体の中で物体を持ち上げたときに感じる感覚は、物体が実際よりも軽く見えることであり、これを見かけの重量と呼びます。見かけの重量は、物体の重量とそれに作用する浮力との差によって計算されます。見かけの重量がゼロの場合、物体は流体上で静止したままになります。以下を確認してください。
Wap – 見かけの重量 (N)
P – 重量 (N)
E – 推力(N)
推力の例
浮力は物体が水に浮くあらゆる状況で簡単に観察できます。いくつかの例を見てみましょう。
- 氷の密度は液体の水の密度よりわずかに低いため、角氷は水に浮きます。
- 重い荷物を積んだ船は、どんなに重くても浮くことができます。これは船全体の密度が水の密度よりも低いために起こります。
浮力の計算式
浮力は以下の計算式で計算できますので、ご確認ください。
E – 推力(N)
d – 流体密度 (kg/m3)
g – 重力 (m/s²)
V – 押しのけられる流体の体積 (m3)