浮力の求め方をわかりやすく解説！ 力の図示やつり合いを使って計算問題を攻略する

中学受験生が理科で苦手としがちなのが浮力の計算問題です。浮力は物理分野の最後に出てくるため、塾では5年生の後半で学ぶことが多いでしょう。今回は、「浮力とは何か？」という基礎から具体的な計算方法までをわかりやすく解説します。

浮力の求め方を理解する

浮力の計算問題を考える前に、「浮力とは何か？」を理解し、浮力の大きさを求める方法を理解しましょう。

浮力とは何か？

「浮力」という言葉から、「水中にある物体を浮かせる力＝水中にある物体にはたらく上向きの力」というイメージが湧くでしょう。しかし、このイメージだけでは計算問題を解く手がかりになりません。

中学受験生は「浮力」を「物体が押しのけている水の重さと同じ大きさの上向きの力」と覚えましょう。これを「アルキメデスの原理」といいます。

浮力の計算問題では多くの場合、「水1cm\(^3\)の重さを1gとします」という条件が与えられます。この条件に従うと、50cm\(^3\)の物体が水中に完全に沈めば、その物体に50gの浮力が生じることになります。ただし、50cm\(^3\)の物体でも、水中に沈んでいる部分が30cm\(^3\)の場合、この物体に生じる浮力は30gです。

浮力が生じる理由

水中にある物体は水の力を受けます。ただし、水の力には次の性質があります。

• 水の力は水深に比例する。
• 水の力はあらゆる方向からはたらく。

このことをふまえて、水中にある物体と、これにはたらく水の力を描くと次の通りです。

図より、水平方向では、互いに反対向きで大きさも等しい力が打ち消し合います。一方、垂直方向の力は、物体の上面にはたらく下向きの力よりも、下面にはたらく上向き力の方が大きくなり、打ち消し合いません。その結果、残った上向きの力が浮力となります。

浮力の計算問題を解く

浮力の計算問題では、物体にはたらく力を矢印で描き、力のつり合いの式を作って解くのがコツです。