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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

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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?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

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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

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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?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

まとめ

今回は浮心の求め方について解説しました。浮心は、水を押しのける物体の体積の中心です。よって、基本的な形状の中心の求め方を理解しましょう。浮力、浮心の意味など下記も勉強してくださいね。

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

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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

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