高校物理「浮力」水中の物体が受ける力�A

高校物理「浮力」水中の物体が受ける力�A

◆問題

底面積Ｓ[ｍ2]，高さｈ[ｍ]の直方体の形の物体を水中に沈めた。
その上面が水面からｄ[ｍ]の深さであるとき、次の問いに答えよ。ただし、大気圧をｐ0[Ｐａ]，水の密度をρ[ｋｇ]，重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]とする。

(1) この物体上面の深さでの圧力を求めよ。

(2) 物体の上面と下面が、水から受ける力の大きさを求めよ。


この記事では(2)を解説します。


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◆解説

物体の上面、つまり、深さｄ[ｍ]での圧力は、(1)で求めたように、ｐ0＋ρｄｇ[Ｐａ]です。

Ｆ＝ｐＳだから、これに物体の面積を掛けた値が、水から上面が受ける力です。
つまり、

Ｆ上面＝(ｐ0＋ρｄｇ)Ｓ[Ｎ]


物体の下面は、上面よりも物体の高さの分だけ深いですね。
だから、下面の深さはｄ＋ｈ[ｍ]です。

この深さでの水圧は、(1)と同様にやると、

ｐ0＋ρ(ｄ＋ｈ)ｇ[Ｐａ]

ですね。
だから、下面が受ける力は、

Ｆ下面＝{ｐ0＋ρ(ｄ＋ｈ)ｇ}Ｓ[Ｎ]

となります。


次の問題→物体が受ける浮力


◆関連項目
圧力、水圧、浮力
重力
力〜エネルギーまとめ


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