は
Q&A
Q 浮力の原因は圧力差だったんですね。 でも、 直方体の
ようなきれいな形をしていないときでもF=pVg でい
いんですか。
A じゃあ,もっと一般的にしよう。 水に浮かんだ氷には
図aのように力がかかる。これらすべての合力が浮力と
いうわけだ。といっても計算できそうもないね。 そこで
仮想実験。 いま, 氷の表面にうすーいプラスチックの膜
を張ってから氷だけをひっこ抜いたとしよう。 膜には浮
力がかかるから上から押しつけていなければいけないよ
(図b)。
次にこの中へ液面まで水(赤色)を入れたとしよう。 す
ると, もう手の力はいらない。 同じ水どうしだからこの
ままで安定になる。 つまり, 浮力は赤色の水の重力に等
しいというわけだ。 中に周りと同じ液体を入れたことが
ミソだね。
こうして (液体の密度)×(液面下の体積) x g
氷の形はどうでもいいんだ。 実にエレガントな証明じゃ
ないか! アルキメデスの原理とよばれているよ。 なお,
気体でも浮力は発生する。 風船や気球がいい例だね。
ところで、浮力の作用点って,どこになるんですか。
液面下の部分を水で置き換えたときの, 水 (赤色) の重
心の位置になるんだ。アルキメデスの原理からしても
もっともでしょ。
a
氷
水
膜を押さえる
水
文字通りの
水平面
水
重力
水
関
か
の
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