浮力効果

2020-08-15 オフ 投稿者: SHANY™
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力場では重い流体の中で軽い流体を上に押し出す純粋な力がある。流体に完全に若しくは部分的に沈んでいた物体が流体によって上に作用する力を浮力と言います。この浮力の大きさは物体によって排除された流体の重さと一致する。

{F}_{\textrm{bouyancy}} = {\rho}_{\textrm{fluid}} g {V}_{\textrm{body}}

ここで、Fbouyancyは物体に作用する浮力、ρfluidは流体(物体ではない。)の平均密度、gは重力加速度、Vbodyは流体に沈んでいる物体の体積(流体に完全に沈んでいた物体の場合は物体の総体積である。)である。


外力が作用しないと物体に作用する純垂直力は物体の重さと浮力の差である。

\begin{aligned}
{F}_{\textrm{net}} &= W - {F}_{\textrm{buoyancy}} \\ 
&=  {\rho}_{\textrm{body}} g {V}_{\textrm{body}} -  {\rho}_{\textrm{fluid}} g {V}_{\textrm{body}} \\ 
&=  ({\rho}_{\textrm{body}} - {\rho}_{\textrm{fluid}}) g {V}_{\textrm{body}} 
\end{aligned}

ここで、Fnetは物体に作用する純垂直力、Wは物体の重さ、ρbodyは物体の平均密度である。


このように流体に沈んだ物体は、その物体により排除された流体の重さほど軽くなる。これがArchimedesの原理として知られている。


浮力の効果を良く理解するため、水の中に卵を入れて見ましょう。卵の平均密度が水の密度より高い(新鮮)と、卵は容器のに沈んでしまいます。この状態で塩を水に入れ、塩水を作って見ると徐々に卵が浮き始めます。塩水は水より密度が高くなり、卵よりも密度が高いからでしょう。

浮きました!Eureka!! (( _ _ ))b..zzzZZ


Written by Sihwan Lee
[Assistant Professor, Shinshu University]

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