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浮力と密度、体積の関係は？1分でわかる意味、求め方、単位、沈む物体との関係

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浮力Fは液体の密度ρの値に比例します。浮力は「液体の密度×液体を押しのけている物体の体積」です。


物体の密度が、液体の密度より大きければ物体は「沈み」、液体の密度より小さければ物体は浮かびます。


ただし「物体の密度＜液体の密度」の場合、完全に水面の上に浮ぶわけでは無く、物体の重さと均衡のとれる位置に留まります。


今回は浮力と密度、体積の関係、求め方、単位、沈む物体との関係について説明します。浮力の詳細、密度、体積の求め方は下記が参考になります。

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浮力と密度、体積の関係は？求め方、沈む物体との関係

浮力Fは液体の密度ρの値に比例します。また、浮力と密度には下記の関係があります。


・物体の密度＜液体の密度　⇒　物体は浮かぶ。ただし、液体の上に完全に浮かぶわけでは無く、物体の重さと浮力が均衡のとれる（等しく）位置に留まる

・物体の密度＞液体の密度　⇒　物体は沈む


さて、浮力は下式で求めます。


F＝ρV


Vは、液体を押しのけている物体の体積です。下図をみてください。物体が液体の中に完全に浸かるようにします。


このとき、物体の体積そのものが「液体を押しのけている物体の体積」です。


浮力と密度の関係


物体の密度ρが液体の密度ρlより大きいとき、物体の重さと浮力は下記となります。※物体の体積はVとする。


物体の重さ＝ρ×V＝ρV

物体に作用する浮力＝ρl×V＝ρlV


Vは同じ値でρ＞ρlの関係ですから、物体の重さが浮力より大きくなります。よって、物体は液体中に沈みます。


浮力と密度の関係２


物体の密度＜液体の密度の場合は、もう少し複雑です。前述と同様に、物体が液体中に完全に浸かるようにします。物体の重さ、浮力は下記の通りです。


物体の重さ＝ρ×V＝ρV

物体に作用する浮力＝ρl×V＝ρlV


ρ＜ρlなので、「重さ＜浮力」の関係になります。よって、物体は浮力により押し上げられて浮かびます。


浮力と密度の関係３


下図をみてください。ある程度まで物体が浮かぶと、液体を押しのけている物体の体積がかなり減っています。体積が減少すると「浮力」も小さくなります。


浮力と密度の関係４


そして、ある位置で物体は上昇しなくなり静止します。このとき「重さ＝浮力」の関係です。実際にお風呂場で実験してみましょう。浮力、密度、体積の各解説は下記が参考になります。

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学 改訂版/工学社」

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浮力と密度、体積の単位

浮力と密度、体積の単位を下記に示します。


・浮力の単位　⇒　kN、Nなど

・密度の単位　⇒　g/cm^3、kg/m^3、t/m^3など

・体積の単位　⇒　cm^3、m^3など


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

密度の単位は？1分でわかる単位、読み方、変換、水の密度、g/mlとg/cm3の関係

まとめ

今回は浮力と密度の関係について説明しました。浮力は液体の密度に比例します。


物体の密度が液体の密度より小さければ物体は浮かび、物体の密度が大きければ物体は沈みます。


まずは浮力の意味を理解しましょう。下記が参考になります。

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