力の矢印・圧力・浮力を一つの模型でつなごう

このレッスンの役割

前のレッスンで複合実験の条件を整理しました。ここでは、力の矢印、固体の圧力、水圧、浮力を、対象物へ働く力という一つの模型へ統合します。

ゴールは、別々の公式として覚えず、「誰が何を、どこから、どちらへ、どれだけ押すか」で説明できることです。

知る・理解する

力の図は、まず対象物を一つ決めます。作用点・向き・大きさを矢印で表し、別の物体へ働く力を同じ図へ混ぜません。

固体の圧力は、接触面を垂直に押す力を面積で分けた量です。水圧も水が面を押す単位面積あたりの力で、深いほど大きくなります。浮力は、物体上面と下面に働く水圧の差し引きで生まれます。

具体例で使う

水中の直方体を糸でつるします。対象を直方体にすると、地球から下向きの重力、水から上向きの浮力、糸から上向きの張る力が働きます。静止中なら、上向き二力の合計と重力がつり合います。

直方体を床へ置いた場面では、床を押す力と接触面積から圧力を考えます。床が物体を上向きに押す力と、物体が床を下向きに押す力は別の物体へ働くため、同じ対象の力図へ混ぜません。

誤答を直して次の学びへつなげる

圧力の矢印を物体の進む向きとして描くのは誤りです。圧力は面に垂直に働きます。

水圧と浮力を同じ量としてはいけません。水圧は各面に働く単位面積あたりの力で、浮力は物体全体で上下の力を差し引いた上向きの力です。

次は、この統合模型を使い、質量・面積・ばね・浮力をつなぐ複合計算を順番に解きます。

自分で確かめよう

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。