水中にものを入れると、浮かび上がろうとする力がはたらきます。今回はこの力の基本について学習します。
「浮力と力のつり合い」基本問題
Ｑ：下の図のように、水の中で物体が受ける力について調べる実験を行った。物体Ａは水面から少し出た状態で静止し、物体Ｂはばねはかりでつるして静止させた。物体Ｃは指で物体の上面を押し、物体がすべて水につかるようにして静止させた。これについて、以下の各問いに答えよ。ただし、水は１cm³で１ｇ（密度1.0g/cm³）とする。
（1）水の中にある物体が受ける、上向きの力を何というか。
（2）物体Ａ～Ｃにはたらく（1）は、それぞれ何ｇの大きさか。
（3）物体Ｂをつるしているばねはかりは、何ｇを示すか。
（4）指で物体Cを押している力の大きさは何ｇか。
浮力とは
水の中にものを入れると、ものには浮かび上がろうとする上向きの力がはたらきます。お風呂やプールに入ると体が浮きますよね？あの浮かび上がろうとする力を浮力（ふりょく）といいます。
浮力は、水中にある物体の部分が押しのけた水の重さと同じになります。つまり、水中では物体の重さが、押しのけた水の重さ分だけ軽くなるのです。少し難しかったので、下の図を見てください。
赤で示した部分が押しのけた水の体積を表しています。図では50cm³の水を押しのけていますね。水は１cm³で１g（密度１g/cm³）なので、50cm³の水は50gになります。
押しのけた水の重さと浮力の大きさは同じなので、上の図の物体にはたらく浮力の大きさは50gになるのです。ここでは、水という液体を使っていますが、使う液体の種類によって浮力の大きさは異なります。水よりも重い食塩水の方が、押しのける液体の重さが大きくなるので、その分浮力も大きくなります。
浮力の求めかた
浮力の求め方ですが、中学受験では次の３パターンを覚えておくとよいでしょう。
❶空気中でのばねははかりの値ー水中でのばねははかりの値
上の図で、空気中でのばねはかりの値が100ｇをさしているので、この物体の重さは100ｇです。しかし、水中に入れると、ばねははかりの値が60ｇに減少しました。これは、水中にある物体に浮力がはたらいたためです。
100ｇー60ｇ＝40ｇ
40ｇ分だけ軽くなっているということは、浮力の大きさが40ｇであることを意味しています。
❷力のつり合い
水面で浮かんで静止している場合などは、力のつり合いを考えるだけで簡単に解けてしまいます。
上の図のように、重さが200ｇの物体が水面で浮かんで静止している場合、物体の重さと物体にはたらく浮力がつり合っています。
重さが200ｇ＝浮力200ｇ
このように、物体が水面などで静止している場合は、力のつり合いを考えると簡単に解けてしまいます。
❸押しのけた水の重さ
一番最初に説明した解き方です。「浮力の大きさは水中にある物体が押しのけた水の重さと等しい」という考え方です。アルキメデスの原理といわれます。
水中にある物体の体積が100cm³なので、物体によって100cm³の水が押しのけらています。水は１cm³で１gなので、押しのけられた水の重さは100gです。したがって、浮力の大きさも100ｇとなるのです。
この他にも、台はかりの値を使って浮力を求めるパターンもありますが、それは次回の「浮力の反作用」で説明します。
「浮力と力のつり合い」基本問題 解答
Ａ
（1）浮力
水の中で受ける上向きの力を浮力（ふりょく）といいました。
（2）物体Ａ：80ｇ 物体Ｂ：80ｇ 物体Ｃ：150ｇ
物体Ａは、水面で静止しているので、物体の重さを浮力が等しくなってつり合っています。物体は80ｇなので、浮力の大きさも80ｇになります。
物体Ｂは全部水につかっているので、押しのけた水の体積は80cm³。水は１cm³で１ｇなので、押しのけた水の重さは80ｇになります。押しのけた水の重さと浮力は等しいので、浮力の大きさは80ｇになります。
物体Ｃも全部水につかっているので、浮力の大きさは150ｇになります。
（3）70ｇ
物体Ｂにはたらく力のつり合いを考えます。
（4）50ｇ
物体Ｃにはたらく力のつり合いを考えます。
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