基本例題 26 液体の圧力と浮力 密度ρ[kg/m²]の一様な液体中に円筒形状の物体がある。 物体大気圧ｶﾞ の上下面は水平に保たれ, その面積はS〔m²〕 高さは (h-k) [m] である。 大気圧は p。 〔Pa], 重力加速度の大きさはg 〔m/s2] であ h₁ 考え方 2 る。 (1) 液面からの深さがん 〔m〕 の上面に及ぼされる圧力か 〔Pa]を 求めよ。 (2) 液面からの深さがん 〔m〕 の下面に及ぼされる圧力 〔Pa] を 求めよ。 (3) 液体から物体にはたらく合力の大きさ F〔N〕を求めよ。 また, 向きも答えよ。 (4) 物体の体積をV[m²] として,液体から物体にはたらく浮力の大きさを求めよ。 h₂ 密度 液面 P₁ ぼす水平方向の力はつり合っている。 鉛直方向は p > b より 物体にはたらく合力は鉛直上向き。 よって,F=pS-PS=pg(he-hi)S〔N〕 4) 液体から物体にはたらく浮力とは, (3)の力のことである。 V= (h2h)Sだから, (3) に代入して, F = pVg〔N〕 液体から物体に及ぼされる圧力は、大気圧と液体の単位面積あたりの重さの和であ る。一般に,密度 [kg/m²] の液体中で,液面から鉛直下方ん〔m〕のところの圧力 はpgh [Pa] だけ大きい。 p pzS = poS+pghS よって, pz = po+pgh 〔Pa〕 3) 同じ深さのところでは圧力が同じだから、物体の側面に周囲の液体が及 物体 解説 1) 物体の上面には, 大気が液面を押す力 poS 〔N〕 に加え, 高さん [m], 断面積S[m²] の液体 の重さもかかっているので, piS = poS+pghS よって, b=bo+pghi 〔Pa〕 2)(1)と同様に,物体の下面には,大気が液面を押す力に加え,高さん 〔m〕, 断面積S[m²]の 液体の重さもかかっているので 10, 物体 P₂