浮心の求め方は？3分でわかる求め方、物体が浮くための条件、アルキメデスの原理との関係

この記事の要点

浮心は液体を押しのける物体の体積の中心であり、「浮力＝物体の重さ」の関係を使って逆算することもできる。

アルキメデスの原理（押しのけた液体の重さ＝浮力）を理解することが、浮心の求め方の土台となる。

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浮心とは浮力の中心を意味します。浮力は液体を押しのける物体の体積分の重さです。よって、浮心＝体積の中心といえます。つまり浮心の求め方は物体の形状が関係します。

また水中で静止状態の物体の浮心は、浮力＝物体の重さの関係から導くことができるでしょう。

今回は浮心の求め方、物体が浮くための条件、アルキメデスの原理との関係について説明します。

浮力、浮心、アルキメデスの原理の詳細は下記が参考になります。

浮力とは？建築基礎への影響と浮き上がり検討の考え方

浮心とは？1分でわかる意味、求め方と定義、重心との違い

アルキメデスの原理とは｜浮力の公式・証明・水理学での活用

浮心の求め方は？

浮心とは、液体を押しのける物体の体積の中心です。よって体積の形状が関係します。

また水中で静止する物体の場合、「浮力＝重さ」の関係から浮心を算定することも可能です。浮心、浮力の詳細は下記が参考になります。

浮心とは？1分でわかる意味、求め方と定義、重心との違い

浮力とは？建築基礎への影響と浮き上がり検討の考え方

実際に浮心を計算しましょう。下図の直方体が水中で静止しています。重さは0.5kN、幅が0.5ｍ、長さL=1.0ｍです。浮心を求めてください。

図　浮心の計算

物体の底面から水面までの距離（喫水（きっすい））が分かりません。しかし、物体の重さが分かるので浮力を求め喫水を逆算し、浮心が算定できます。

浮力＝水を押しのける物体の体積×水の単位体積重量＝1.0 m×0.5 m×h×1.0t/m3＝0.5h

物体が静止状態ということは、浮力＝重さなので、

0.5ｈ＝5t(0.5kNをｔに換算)

ｈ＝10m

です。ｈが喫水です。断面が長方形なのでｈの中心が浮心となります。よって、

浮心＝ｈ/2＝5.0m

です。なお、喫水の意味は下記が参考になります。

喫水（吃水）とは｜読み方・水深との違い・求め方

今回は簡単な浮心の計算例を紹介しました。ただ、物体の形状により計算が面倒な場合もあります。例えば、三角形や円形の物体は浮心の求め方が変わってきます。

浮心と重さ、物体の安定性は下記をご覧下さい。

浮体とは？安定性・復元力の原理とメタセンターの意味

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浮心と物体浮くための条件

水中で物体が浮くためには下記の条件を満たす必要があります（※ここでは物体の安定・不安定については省略します）。

W＝B

W＜B

Wは物体の重さ、Bは物体に作用する浮力です。物体の重さと浮力が一致すれば、物体は「静止」しているので、物体は水中に浮かんでいます。

W＜Bは、物体の重さより浮力が大きいので、物体は浮力により浮上します。ただし、物体が浮上すると「浮力も小さく」なります。

図　浮心と物体が浮くための条件

最初はW＜Bでも次第にBが小さくなり、どこかでW=Bとなり物体は静止するでしょう。

ただ、重心が高くなるほど物体は転倒しやすい問題もあります。物体（浮体）の安定性については下記をご覧ください。

浮体とは？安定性・復元力の原理とメタセンターの意味

浮心とアルキメデスの原理の関係

アルキメデスの原理とは、

水中にある物体は、物体の体積の水の重量と等しい浮力を受ける

という原理です。もとは王冠の重さを測定するために証明された原理ですが、なぜ浮力が生じるのか説明できます。

浮心は浮力の中心です。当然、アルキメデスの原理も理解すべきでしょう。アルキメデスの原理は下記が参考になります。

アルキメデスの原理とは｜浮力の公式・証明・水理学での活用

混同しやすい用語

浮心

液体を押しのける物体の体積の中心。

物体が水中で静止するとき「浮力＝重さ」の式から位置を逆算できる。

喫水が浮体の底面から水面までの距離を表すのに対して、浮心はその喫水の範囲内における体積の中心点を指す。

喫水

浮体の底面から水面（浮揚面）までの距離。

浮力の計算に用いる「液体を押しのける体積」の高さに相当する。

浮心がある一点の位置を指すのに対して、喫水は距離（長さ）を表す値であり、断面積と組み合わせて体積を求める。

浮心の求め方を整理した表を示します。

項目	内容	備考
浮心の定義	液体を押しのける物体の体積の中心	物体形状によって位置が変わる
静止時の算定	浮力＝重さの関係から喫水hを逆算し浮心＝h/2	長方形断面の場合は底面からh/2が浮心
アルキメデスの原理	押しのけた液体の重さ＝浮力	浮心算定の理論的根拠となる原理