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水圧

「浮力」を理解するにはまずは「水圧」を知りましょう。

水圧とは水の中にある物体が水の重さによって受ける圧力です。

物体の面のすべてに垂直に水圧がはたらきます。

深いほど水圧は高くなるので、水圧は深さに比例して大きくなります。

画像出典『塾技100理科』p76

浮力とは?

https://chuugakurika.com/2017/11/28/post-745/

浮力とは、水(などの液体)にある物に重力とは逆の方向に作用する力

・浮力は、物体の上の面と下の面にはたらく水圧の差によって生じます

・浮力は、物体が押しのけた液体の重さと等しいです

 

浮力のポイント7つ

1)ものの重さー水に入れたものの重さ=浮力

2)ものの水中にある体積分の重さ=浮力(アルキメデスの原理)

3)浮いている物体の浮力=物体の重さ(重力=浮力なので)

4)ばねはかりにかかる重さ=おもりの重さ-浮力

5)ばねばかりでおもりをつるしている場合、台はかりにかかる重さ=ビーカー+水+浮力

6)氷が水に浮かんでいても氷が解けても、水面の高さは変化しません

7)水以外の液体の場合、浮力=密度×水中にある体積

*下記ですべて説明します。

 

1)ものの重さー水に入れたものの重さ=浮力

物体を水に入れると浮力が働いて軽くなります。ですので、

ものの重さー水に入れたものの重さ=浮力

となります。

 

2)ものの水中にある体積分の重さ=浮力(アルキメデスの原理)

物体に働く浮力の大きさは、物体が押しのけた液体の重さに等しくなります。

これを【アルキメデスの原理】と言います。

ものを水に入れると、ものがおしのけた体積の水の重さと同じだけ軽くなる

「浮力」=「排除された水の重量」

浮力は水中にある物体の体積に比例するという事です。

(逆に言うと、浮力は物体の密度とは関係がないということです)

 

3)浮いている物体の浮力=物体の重さ(重力=浮力なので)

【浮いている物体の浮力=物体の重さ=水面下の物体の体積と同じ体積の液体の重さ】

物体が(水中ではなく)浮いている場合、

浮力=物体の重さ

となります。

下向きに物体を引っぱる重力(重さ)と、上向きに物体を支えている浮力

が等しくなるからですね。

問題)質量60g、体積80立方cmの物体を水に入れたところ、物体は水に浮かびました。

(1)物体にはたらいている浮力の大きさは何g?

(2)物体の水中に沈んでいる部分の体積は何立方cmですか。

(3)物体の上に何g以上のおもりをのせると、完全に水に沈みますか。

答え)(1)60g

物体が(水中ではなく)浮いている場合、浮力=物体の重さ

(2)60立方cm

沈んでいる部分の体積=浮力=重力

(3)20g以上

体積80立方cmですでに60立方cm沈んでいるので、80-60=20

 

4)ばねはかりにかかる重さ=おもりの重さ-浮力

5)ばねばかりでおもりをつるしている場合、台はかりにかかる重さ=ビーカー+水+浮力

ばねはかりにかかる重さ=おもりの重さ-浮力

ばねばかりでおもりをつるしている場合、台はかりにかかる重さ=ビーカー+水+浮力

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

問題)ある物体を空気中でばねばかりにつるしたらめもりは250gをさした。

(1)この物体にはたらく重力は何g重か。

(2)このまま水中に入れて支えたら、ばねばかりのめもりが170gをさした。

この物体にはたらく浮力は何g重か。

(3)(2)のとき、台ばかりは何gをさすか。

(4)ばねばかりをはずし、物体を沈めたとき、台ばかりのめもりは何gをさすか。

容器と水はあわせて500gであるとする。

答え)(1)250g (2)80g(3)580g(4)750g

(4)のように完全に沈んでいる場合、浮力は(働いていても)考慮しなくていいです

 

6)氷が水に浮かんでいても氷が解けても、水面の高さは変化しません

水は固体(氷)→液体(水)で体積が小さくなり、密度が大きくなる。

【氷の密度<水の密度】なので「氷は水に浮く」

でしたね?

画像出典『塾技100理科』p74

密度:重さ/体積―食塩水は浮きやすい・水は4℃の時が最も体積が小さくなり=密度が大きくなる

例えば、重さが30gで体積33立方cmの氷を水に入れると、浮きますが、その際の

浮力は(浮いているので)30gで、水面より上の氷の体積は33-30=3立方cmです。

物質が固体→液体→気体と変わっても重さは変わらないので、氷が解けても重さは同じです。

水は1gが1立方cmです。

だから、氷の重さが30gのとき、「水中にある体積100立方cmの物体にはたらく浮力は100g

より、氷がとけて水になってしまうとその体積は30立方cmになります。

ですので、

氷が水に浮かんでいても氷が解けても、水面の高さは変化しません

これは暗記してください。

 

7)水以外の液体の場合、浮力=密度×水中にある体積

水以外の液体にものを入れると、「ものがおしのけた体積の液体の重さと同じだけ軽くなる」

ので、水以外の液体の場合、その密度がポイントになります。

 

まとめ

【浮力のポイント7つ】

1)ものの重さー水に入れたものの重さ=浮力

2)ものの水中にある体積分の重さ=浮力(アルキメデスの原理)

3)浮いている物体の浮力=物体の重さ(重力=浮力なので)

4)ばねはかりにかかる重さ=おもりの重さ-浮力

5)ばねばかりでおもりをつるしている場合、台はかりにかかる重さ=ビーカー+水+浮力

6)氷が水に浮かんでいても氷が解けても、水面の高さは変化しません

7)水以外の液体の場合、浮力=密度×水中にある体積

 

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