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2008年8月29日 (金)

浮力

流体中の物体はあらゆる表面で流体からの圧力を受けています。

物体にかかる圧力は深いほど大きくなるので、物体の下側の部分の方が上側の部分より大きな圧力を受けることになり、物体の上側と下側で圧力差が生じます。この圧力差によって浮力が生じます。

物体の面にかかる圧力は面に対して垂直にかかるため、それぞれの面にかかる圧力の合力は重力と逆向きに働きます。ですから、浮力は重力と逆向きに働きます。

図のように水の中に直方体を沈めた場合、直方体の面にかかる圧力は下側の方が深い分だけ大きくなります。直方体の横方向に働く、圧力は相殺されることになるので、直方体の上面と下面にかかる圧力の差が浮力となります。どんな複雑な形をした物体でも、物体の表面にかかる圧力の合力を考えると、重力と逆向きの力となります。

Photo

浮力の大きさは物体によっておしのけられた流体と同じ体積の流体の重さに等しくなります。つまり、浮力は物体によっておしのけられた流体に働く重力に等しい上向きの力です。物体に働く浮力が物体に働く重力より大きいとき、物体は浮くことになります。

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