93 基本例題15 圧力と浮力 図のように,底面積 S〔m²〕, 高さん 〔m〕の直方体の 形をした物体を,その上面が水面からd[m〕の深さと なるように沈めた。 大気圧をpo [Pa〕, 水の密度をp [kg/m²],重力加速度の大きさをg〔m/s2]として,次 の各問に答えよ。 (1) 物体の上面と下面にはたらく圧力を求めよ。 (2) 物体が受ける浮力の大きさを求めよ。 指針 水中における圧力は, 水の重さによ る圧力と大気圧の和に等しい。 また, 水中で物体 が受ける浮力は,物体の上面と下面が受ける力の 差となる。 解説 (1) 物体の上面が受ける水の重さ pSdg_ による圧力は, = pdg 〔Pa〕 となる。 上面 S が受ける圧力は,これに大気圧を加えた, po+pdg〔Pa] である。 同様に, 物体の下面が受 ける圧力は,上面に比べてん〔m〕 だけ深いので, dを (d+h) に置き換え, po+p(d+h)g 〔Pa〕 と求められる。 d[m〕 h (m) 基本問題 97,98,99 h 水面 S[m²] (2) 物体の上面が水 から受ける力は鉛直 下向き, 下面が受け 鉛直上向きと なる。 これらの力の 差によって浮力が生 じる｡ 圧力の式「p = 号 」 から, 上面が受ける力 (popdg) S 〔N〕 下面が受ける力:{po+p(d+h)g}S [N] これらの力の差を求めると、 {po+p(d+h)g}S-(popdg) S=pShg [N] ↑↑↑. 水面 ↓↓↓poodg po+p(d+h)g