見かけの重さと浮力を計算しデータを読もう

このレッスンの役割

前のレッスンで、上下の水圧差が浮力を生み、重力との大小で浮沈が決まると理解しました。ここでは、ばねばかりの値と実験データを数量的に読み解きます。

ゴールは、見かけの重さ・本来の重さ・浮力を区別し、沈めた体積や深さを変えた表・グラフから規則性を選べることです。

知る・理解する

ばねばかりで物体をつるす場合、水中の値はばねばかりが物体を上向きに支える力です。日常的には見かけの重さと呼ぶことがあります。

浮力 = 空気中の値 − 水中の値

水中の値 = 空気中の値 − 浮力

同じ液体では、水中へ入った体積が大きくなるほど浮力は大きくなります。一方、物体が完全に沈んで体積が一定になった後は、同じ水中で深さだけを変えても浮力はほぼ一定です。

具体例で使う

例1：空気中で6 N、水中で4.2 Nを示した。

浮力は6 − 4.2 = 1.8 Nです。

例2：空気中で8 Nの物体に3 Nの浮力が働く。

水中のばねばかりの値は8 − 3 = 5 Nです。

例3：グラフで20 cm³につき0.2 Nの浮力が増える。

50 cm³沈めたときは0.2 × 2.5 = 0.5 Nと読めます。物体全体が60 cm³で完全に沈んだ後、さらに深くしても、沈んだ体積が変わらなければ浮力は0.6 Nのままと予想します。

誤答を直して次の学びへつなげる

水中のばねばかりの値と浮力を同じにしてはいけません。空気中の値との差が浮力です。

引き算を水中 − 空気中とすると負の値になります。浮力がばねばかりの負担をどれだけ減らしたかと考え、空気中 − 水中の順にします。

完全に沈んだ物体について「深いほど水圧が大きいから浮力も必ず大きい」とするのは誤りです。上面と下面の水圧はともに増えますが、同じ形・体積ならその差はほぼ変わりません。

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。