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浮力とは?

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浮力の例の説明図。水面に浮いていて静止している物体では、重力(gravity)と浮力(buoyancy)とが、つりあっている。
水圧の説明図。水深が深くなるほど、比例して水圧が強くなる。水圧の方向は、物体の面に垂直方向に働く。

浮力(ふりょく、: buoyancy)とは、などの流体中にある物体重力とは逆の方向に作用するである。

浮力の原因はアルキメデスの原理によって説明される。物体は流体から圧力(静水圧)を受けている。このとき圧力は物体の上と下では異なり(富士山の頂上の気圧と麓の気圧のように)、下から受ける力の方が大きい。この物体が受ける上下の力の差が浮力である。すなわち、物体には上向きの力が作用する。

定式化

物体が受ける浮力は、その物体と同じ体積の(周囲の)流体に作用する重力に等しい。すなわち以下のようになる。

Fb=ρfVg{\displaystyle F_{b}=\rho _{f}Vg}
Fb :浮力(N, kg・m/s²)
ρf :流体の密度(kg/m³)
V :物体の体積(m³)
g :重力加速度(m/s²)

この式の厳密な導出には発散定理を用いる。

さらに、物体の密度が ρs であるとすると、物体にはたらく重力と浮力との合力は(上向きを正として)、

F=(ρf-ρs)Vg{\displaystyle F=(\rho _{f}-\rho _{s})Vg}

となる。したがって

ことが分かる。

無次元数

流体力学で用いられる無次元量のうち、浮力に関するものには以下がある。いずれも、他の何らかの力との大きさの比を表す。


関連項目

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出典:wikipedia
2018/11/11 23:01

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