浮力について

質問

中学１年です。
力と圧力の範囲で「水中ではたらく力」について学習しています。
問題でわからないものがありますので教えていただきたいです。

水に浮かべた木片を水中に押し込みました。この時、木片に働く重力と浮力の力はどちらが大きいか・・・という問題です。

答えには、物体を水中に押し込んだのだから、おしこんだ水の重さの分だけ浮力が大きくなる。この時は、重力と押し込んだ力の和が浮力の大きさと等しいと書かれていますが、読んでも意味がわかりません。

答えは、浮力が大きいことになっていますが、自分が押し込んだ分だけ浮力が大きくなったから、もともとの重力よりも浮力が大きいと書いてあるのでしょうか。どんなふうに解釈すればいいのかわからなくて・・・
よろしくお願いします。

回答No.3

buturikyou

全二者のおっしゃる通り《アルキメデスの原理》と《パスカルの原理》の二つからしか理解できません。液体中ですと上面と下面の水圧差から計算できますけど、気体中では別な意味で理解し難くなってきます。あまりミクロにあるいは素朴な物理的な力などから考えぬことです。

回答No.2

gohtraw

まず、押し込む前のことを考えてみましょう。密度が水＞木片であれば木片の上部は若干水面上に出ているはずです。安定した状態では木片は水面に対して静止している（これ以上浮きも沈みもしない）ので、重力と浮力はつりあっています（つまり重力の大きさ＝浮力の大きさ）。　次に、力を加えて木片を完全に水中に沈めた場合を考えます。木片が押しのける水の量は、押し込む前よりも多くなっていますね。浮力というのは物体が押しのけた水の量に比例するので、完全に沈めたときの方が大きくなるのです。従ってこの場合は重力よりも浮力の方が大きくなっています。
　別の説明として、浮力と反対向き（下向き）の力を加えて押し込まないと木片を沈めておくことができないのは、押し込んだ状態では重力（下向き）よりも浮力（上向き）の方が大きいからです。
　さらに別の説明として、木片を完全に水中に沈めて静止させた状態から手を離すと木片は水面に向かって浮いてくるはずです。これは、沈んだ状態での重力と浮力を比べると浮力の方が大きいため、差し引き上向きの力が木片に働くためです。

回答No.1

yokkun831

重力より浮力の方が大きいことは，２つの方法で説明することができます。

(1) まず，アルキメデスの原理すなわち法則から判断する方法

　　「浮力の大きさは，物体が押しのけた水の重さに等しい」

水中に押し込んだとき，物体は水面に浮いているときよりも余計の水を押しのけています。このとき受けている浮力は，水面に浮いて重力とつりあっていたときの浮力より大きいのですから，重力より大きいわけです。

(2) 次に，力のつりあいから判断する方法

水中に押し込んだとき，押している手の力をのぞけばつりあいは破れて浮き上がってきてしまいます。物体が受ける力のつりあいは，

重力＋手から押される力＝浮力

となっています。手から押される力の分だけ，浮力は重力より大きくなっているのです。