中1理科で勉強する「水圧」「浮力」とは何もの？？
こんにちは！この記事をかいているKenだよ。四分音符、だね。
中1理科ではいろんな力を勉強してきたよね？？
その中でも今日は、
水中ではたらく力
を勉強していこう。
中学理科のテストに出やすいキーワードは、
- 水圧（すいあつ）
- 浮力（ふりょく）
の2つ。
水圧とは何もの？？
まずは水圧だ。
水圧とは、
水中ではたらく圧力のこと
で、水中にある全ての物体はこの水圧というやつをうけているんだ。
たとえば、もし柔らかい風船を水中に深く沈めたとすると、風船はただじゃ帰らせてもらえない。
水圧という圧力を受けてしまうことになり、
もしかしたら割れてしまうかもしれない。
この水圧について押さえておくべきなのは次の4つのポイントだ。
水圧の要因とは？
まず、
なぜ水圧が発生するのか？？
ということを押さえておこう。
水圧というやつは、
水の中にある物体より上にある水の重力が原因で発生しているんだ。
深くなるほど水圧は大きくなる
水圧の要因は、水中の物体よりも上にある水の重力ということがわかった。
それがゆえに、
物体が深くにあればあるほど水圧が大きくなるんだ。
なぜなら、物体よりも上にある水の量が増えるからね。
たとえば、水深10mよりも、50mにある物体の方が受けている水圧が大きいってことね。
水圧は四方八方から受ける
しかも、水圧は1方向から受ける圧力じゃない。
物体はあらゆる方向から圧力を受けることになるんだ。
右も左も上も下も右斜め上も、左下斜めも・・・ね。
物体の上面よりも下面の方が水圧が大きい
深ければ深いほど水圧は大きくなるんだったよね？？
ってことは、
物体の上面よりも下面の方が大きい水圧を受けていることになるはずだ。
なぜなら、
物体の上面よりも下面の方が深いところにあるからね。
たとえば、缶ジュースを水の中に沈めたとしたよう。
この時、缶底の方が、プルタブとかある飲み口よりも水圧を受けていることになるわけね。
浮力とは？？
続いては「浮力」だ。
浮力とは、
水中にある物体が上向きに受ける力のこと
だね。
たとえば、ピンポン球を沈めたシチュエーションを想像してみて。
ピンポン球はずっと水中にいられなくて、水上に浮上してきちゃうでしょ？？
これはピンポン球が浮力を受けているからなんだ。
なぜ浮力は発生する？
それじゃあ、この浮力というやつはなぜ発生するんだろうね？
これはズバリ、
水中の物体に働く上面と下面の水圧の差
だ。
さっき水圧を勉強した時に、
物体の上面よりも下面の方が大きな水圧を受けている
って習ったよね。
つまり、水中の物体には、上からの水圧が押し負けるような下からの水圧が働いているわけだ。
この水中の物体の水圧の差が浮力の正体だね。
体積が大きいほど浮力が大きい
ってことは、浮力は物体の形とか大きさによって異なるはず。
たとえば、横にむちゃくちゃ長い物体だったら、水圧の差が働く面積が広くなるから、その分、水圧の差の合計の浮力も大きくなるはず。
また、縦にむちゃくちゃ長い物体だったら、そもそも上面と下面の深さの差が大きくなるから、水圧の差が大きくなるはず。よって浮力も大きくなる。
これらのことをまとめると、
物体の体積が大きくなればなるほど浮力が大きくなる
ってことになるね。
浮力の大きさは？
じゃあ浮力の大きさはどれくらいなんだろうね？？
これはアルキメデスという人がだいぶ昔に発見して知られているアルキメデスの定理というやつなんだけど、
浮力の大きさは、水中の物体が押しのけている水の重力
なんだ。
たとえば、100cm³のサイコロを水に沈めたとしよう。
このサイコロが受ける浮力は、サイコロが押しのけてしまった100cm³の水に働く重力に等しいってことだね。
浮力によって水中の物体が浮くときは？
経験でなんとなくわかってると思うけど、
水中の物体は浮かんでくる奴もいれば、沈む奴もいるよね？
たとえば、ピンポン球を水中に沈めてもうかんできちゃう。
だけど、鉄の玉を水中に沈めたら浮かび上がってことない。
二つとも浮力を受けているはずなのにこれはどうしてなんだろうね？？
じつは、浮かび上がるか上がらないかは、
水中の物体に働く重力が浮力よりも大きいかどうか
によって決まってくるんだ。
もし、物体に働く重力が浮力よりも小さいときは、浮かび上がってきちゃう。
逆に、物体に働く重力が浮力よりも大きいときは、沈みっぱなしだ。
つまり、
水の密度よりも小さい密度を持つ物体は浮力で浮かんできちゃって、
水の密度よりも大きい密度を持つ物体は沈みっぱなしなんだ。
同じ体積で見た時に、水の方が重ければ（水の密度よりも小さい）、浮力が大きくて浮かび上がって、その逆はまあそういうことなのだ。
密度を忘れちゃったら密度の求め方を復習してみてね。
水圧と浮力は同時に覚えてしまおう !
以上が水圧と浮力についての基礎だったね。
最後に忘れないうちに復習しておこう。
水圧とは、
水中ではたらく圧力のこと
で、水中の物体は四方八方から水圧を受けていて、深ければ深い位置にある物体ほど水圧が大きい。
浮力とは、
水中にある物体の上面と下面にかかる水圧の差によって生じる力のことで、
水中の物体の体積が大きければ大きいほど浮力は大きいんだ。
水圧・圧力をマスターしたら今度は空気中ではたらく「大気圧」を勉強していこう。
そんじゃねー
Ken
