中学受験理科「浮力」浮力の大きさと力のつり合い

浮力 アイキャッチ理科

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。

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「浮力と力のつり合い」基本問題

: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。

浮力の大きさ1

(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。

【問題DL】浮力の大きさと力のつり合い

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。

浮力の大きさ2

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。

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

浮力の求め方1

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。

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。

浮力の求め方2

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。

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。

浮力の求め方3

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


(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。

浮力と力のつり合い解答1

(4)50g
物体Cにはたらく力のつり合いを考えます。

浮力と力のつり合い解答2

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