流体力学

アルキメデスの原理

液体に浸かった物体は、押しのけた液体の重さに等しい上向きの浮力を受けます。

水中の物体が軽く感じるのは、周囲の液体が合力として上向きの力を及ぼすためです。そ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。

浮く・沈む・浮遊

重さ $P=mg$ と浮力を比べます。静止して浮く物体では浮力が重さに等しく、物体の一部だけが液体に沈みます。重さが最大浮力を超える物体は沈み、平均密度が液体より小さい物体は浮くことができます。

クイックチェック

浮力の大きさは押しのけた液体の体積で決まり、絶対的な深さでは決まりません。ほぼ非圧縮の水中で体積が一定の物体を完全に沈めると、深さを変えても浮力はほぼ同じです。浮いて静止する物体では $ho_{ m 物体}V_{ m 全体}= ho_{ m 液体}V_{ m 沈没}$ が成り立ちます。密度の小さい物体ほど沈む割合が小さく、平均密度が液体より大きい物体は自由には浮きません。