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浮力とは?1分でわかる意味、原理、公式、体積、単位、重力との関係

浮力とは、液体による物体を押し上げようとする力です。例えば浴槽で、物を沈めます。手を離すと物が浮いてきますね。これは浮力による作用です。今回は浮力の意味、公式、体積、重力との関係について説明します。


体積、重力の意味は、下記の記事が参考になります。

体積と重量の違いは?1分でわかる重量の計算、比重との違い、鉄

1gの重力とは?1分でわかる1gの重力加速度、単位、2gの重力

浮力とは?

浮力とは、液体による物体を押し上げようとする力です。下図をみてください。浴槽でゴムボールを沈めます。手で押さえている間は、ボールは浮き上がりません。しかし、手を離すとボールは浮き上がるはずです。

浮力

これが、「物を押し上げようとする」浮力による作用です。また、浮力には下記の性質があります。


・物を押し上げる力

・必ず、鉛直方向の上向きに作用する

・浮力の大きさは、物の体積に比例する(浮力は、物体が押しのけている液体の重さと同じ)

・浮力の大きさは、液体の位置に関わらず一定の値

浮力が発生する原理

では、なぜ浮力が生じるのでしょうか。下図をみてください。水槽に四角い箱を入れます。水中にいれると、箱の周囲には「水圧」が作用しています。今回は簡単に説明しますが、水圧は「水深(水中の深さ)」が大きいほど、大きくなります。

浮力の原理

上図の箱の上面と下面に着目しましょう。上面と下面では、箱の高さだけ水圧が違います。下面に作用する水圧の方が、箱の高さ分大きいのです。


上面に作用する水圧をA、下面に作用する水圧をBとします。BはAよりも大きいので、BからAを引くと、下面に作用する上向きの圧力が残ります。この圧力が箱の高さだけ作用し、箱を押し上げます。


これが浮力です。上記を計算式で整理すると、浮力は物の体積に比例するとわかります。

浮力の公式

浮力の公式は下記です。


R=ρ×V


Rは浮力、ρは水の密度、Vは体積です。浮力は、物の体積に比例します。

浮力と体積の関係

浮力は体積が大きいほど、大きい値です。下図をみてください。アルキメデスの原理より、浮力は物体が押しのけている液体の重さと同じです。

浮力とアルキメデスの原理

物体が押しのけている液体の重さは、


物体の(密度×体積)


で計算できます。重さの意味、計算は下記の記事が参考になります。

荷重と重量の違いは?1分でわかる違い、質量、重力加速度の関係

浮力の単位

浮力の単位は、


Kgf

N

kN


で表します。現在は、SI単位系が基本なのでNやkNを使いましょう。SI単位系の意味、kgfからkNへの変換方法は下記の記事が参考になります。

SI単位系とは?1分でわかる意味、一覧、基本単位、変換、ニュートン

knからkgの換算法は?1分でわかる換算、単位変換、knとkgfの関係


浮力の単位の詳細は、下記の記事も参考になります。

浮力の単位は?1分でわかる意味、単位、g、kgf、n、公式との関係

浮力と重力の関係

水中でも重力は作用します。浮力と重力の関係を下記に整理しました。


浮力<重力 浮力より重力が大きい。重力は下向きの力なので、物は沈む。

浮力>重力 重力より浮力が大きい。浮力は上向きの力なので、物は浮き上がる。

まとめ

今回は浮力について説明しました。意味が理解頂けたと思います。浮力は、液体による物を押し上げる力です。浮力の原理、公式、重力との関係を理解しましょう。下記の記事も併せて参考にしてください。

浮力の単位は?1分でわかる意味、単位、g、kgf、n、公式との関係

体積と重量の違いは?1分でわかる重量の計算、比重との違い、鉄


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