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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

アルキメデスの原理(浮力)

静止した流体中にある物体は、それが「排除した流体の重量に等しい大きさ」の鉛直上の向きの力つまり、浮力を受けます。これが「アルキメデスの原理」です。

 

 

例えば、1cm3の大きさを持つ「氷(こおり)」をコップの水に浮かべてみましょう。

 

 

ここで、水の密度を1.0g/cm3、氷の密度を0.9g/cm3とします。すると、1cm3の氷の重量は0.9gとなります。
この氷をコップに入れると、下図のように、水に氷が浮力を受けて浮かびます。

 

 

このとき、水面に浮いている「氷(0.9g)」は「浮力」と釣り合っていることになります。従って、このときの浮力は0.9gfとなるのです。

 

 

「浮力」=「排除された水の重量」であることから、排除された水の重量は0.9g、となります。0.9gの水の体積は、0.9cm3であるため、0.1cm3の氷が水面より上、0.9cm3の氷が水面より下にくることになるのです。

 

今、密度ρの一様な液体中に浸された任意の形の物体を考えます。浮力をF、物体の体積、つまり排除された液体の体積をVとすると、F=ρgVで表すことができます。ここで、浮力は物体の密度に無関係であることが、この式からも理解できます。

 

 

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