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中学Chapter 17

力と圧力・浮力

圧力は「同じ力でも面積が小さいほど大きい」。浮力は「押しのけた液体の重さ」と同じ。

#圧力#浮力#アルキメデス#大気圧#水圧

つまり「圧力は面積で割った力、浮力は押しのけた液体の重さ」

画鋲が木に刺さりやすいのは先端の面積が小さいから。 同じ力でも面積が小さい → 圧力が大きい。

船が浮くのは、船の重さ = 押しのけた水の重さ(アルキメデスの原理)。


圧力の定義

P=FS[Pa=N/m2]P = \frac{F}{S} \quad [\text{Pa} = \text{N/m}^2]


水圧

水深 h[m] での水圧:

P=ρghP = \rho g h

ρ = 1000 kg/m³(水の密度)

水深10mで約1気圧増加する。


浮力(アルキメデスの原理)

F=ρVgF_{} = \rho_{} V_{} g

浮くか沈むか:

  • 物体の密度 < 液体の密度 → 浮く
  • 物体の密度 > 液体の密度 → 沈む

問1 水中(ρ=1000 kg/m³)に0.50Lの物体を完全に沈めたとき、浮力は?

F=1000×0.50×103×9.8=4.9NF = 1000 \times 0.50 \times 10^{-3} \times 9.8 = \boxed{4.9 \, \text{N}}


💡豆知識

アルキメデスが浮力の法則を発見したのはお風呂に入ったときだという有名な話がある。体積分の水があふれ出したのを見て「王冠が純金かどうかを密度で確認できる!」と気づき、喜んで「ヘウレーカ(発見した!)」と叫びながら裸で街を走り回ったという。現在でも新発見を「ユーリーカ(Eureka)」と言うのはここから来ている。

よく間違えるところ

「浮力は物体の重さに等しい」という勘違い:浮力 = 押しのけた液体の重さ = ρ_液体 × V_沈没部分 × g。物体の重さとは無関係。物体が「浮いているとき」だけ浮力 = 重力になる(つり合い条件)。沈んでいる物体には浮力がかかっているが、重力の方が大きい。

重要ポイント

まとめ

  • 圧力:P = F/S(面積で割る)
  • 水圧:P = ρgh(深いほど大きい)
  • 浮力:押しのけた液体の重さ
  • 密度の比較で浮くか沈むかが決まる

まとめ

  • 圧力:P = F/S(面積で割る)
  • 水圧:P = ρgh(深いほど大きい)
  • 浮力:押しのけた液体の重さ
  • 密度の比較で浮くか沈むかが決まる

// quiz

確認問題

Q1.圧力の単位として正しいのはどれか?

Q2.浮力の大きさは何によって決まるか?

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