高校物理

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5分でわかる!圧力の大きさ

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この動画の要点まとめ

ポイント

浮力

高校物理 運動と力46 ポイント1 全部

これでわかる!
ポイントの解説授業
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今回のテーマは 浮力 です。浮力は身近な物理現象ですね。例えば、コップの中の水に軽いボールを押し込むとボールは浮力によって浮かび上がってきます。ボールを浮かび上がらせる浮力は、実は 水圧 と大きな関係があります。

(上面を押す力)と(下面を押す力)の合力

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下の図を見てください。水槽に円柱の形をした物体を沈めています。

高校物理 運動と力46 ポイント1 上の図

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この円柱には、 上面に水圧によって押し下げられる力下面に水圧によって押し上げられる力 がはたらきますね。では、(上面を押す力)と(下面を押す力)、いったいどちらの力が大きいかはわかりますか?

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水圧はP=P0+ρhgと表され、 深さh[m]が深ければ深いほど水圧が大きくなります。 つまり 下の面のほうが上の面に比べて深いため、大きな水圧がはたらく のです。下面の水圧のほうが大きいということは、 (上面を押す力)<(下面を押す力) となりますね。したがって、上下方向の 合力 は上向きとなるのです。

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(上面を押す力)と(下面を押す力)の合力によって、物体を押し上げる力を 浮力 といいます。ちなみに左右の側面にも水圧がはたらいていますが、左右は深さが同じなので力が相殺されています。

浮力を求める「難しい方法」と「簡単な方法」

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この浮力をF[N]とおくとき、浮力の求め方は2通りあります。ひとつはとても面倒くさい方法、そしてもうひとつは簡単に求められる方法です。

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まず、とても 面倒な方法
①上面の水圧による力を計算する
②下面の水圧による力を計算する
③この2つの力の合力を計算する
という方法です。この方法は先程説明した浮力の定義から考えたやり方ですが、計算も多いので面倒だということがわかると思います。

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それではもうひとつの 簡単に求められる方法 を説明したいと思います。ここで思い切って 物体は水だ と考えてみましょう。すると、 物体(=水)が水中で静止している ということになりますよね!物体が静止しているのは、どんなときでしたか? そう、力がつりあうときです。 物体(=水)にかかる上向きの浮力F と、 物体(=水)にかかる下向きの重力mg が等しいということから、 F=mg と求めることができます。

高校物理 運動と力46 ポイント1 2つの図

物体(=水)の重力をρとVで表す

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物体にかかる上向きの浮力F は、 物体を水に置きかえたときの下向きの重力mg と等しいことがわかりましたか? さらに、質量m[kg]を水の密度ρ[kg/m3]、水の体積V[m3]を用いて、 F=mg を変形すると、
F=mg
F=ρVg
となりますね。

POINT
高校物理 運動と力46 ポイント1
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この式はとても重要な式です。丸暗記するのではなく、自分で導き出せるようにしておきましょう。 物体を水に置き換え、つり合いの式から浮力を考える 。これが重要なポイントです。

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

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