構造図解で一発理解建築用語サクッと理解構造力学が苦手おすすめ書籍おすすめPDF教材 noteで学ぶ

HOME > 水理学の基礎 > 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

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。

【管理人おすすめ！】セットで3割もお得！約1,100語の用語集＋476点の図解集セット⇒　建築構造がわかる基礎用語集＆図解集セット

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？1分でわかる意味、原理、公式、体積、単位、重力との関係

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？1分でわかる意味、証明、浮力との関係、公式

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？1分でわかる意味、原理、公式、体積、単位、重力との関係

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。

喫水とは？1分でわかる意味、水深との違い、読み方、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？1分でわかる意味、安定性と原理、復元力

100円から読める！ネット不要！印刷しても読みやすいPDF記事はこちら⇒　いつでもどこでも読める！広告無し！建築学生が学ぶ構造力学のPDF版の学習記事

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？1分でわかる意味、安定性と原理、復元力

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？1分でわかる意味、証明、浮力との関係、公式

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。

試験での問われ方｜管理人の一言

建築士試験では、浮力と重さのつり合い条件から喫水や浮心を求める計算問題が出題されることがある。

「浮力＝重さ」を立式し、喫水hを求めてその半分が浮心という流れを計算例で練習しておこう。

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