発展例題7
浮力の反作用
発展問題 82
図のように,質量Mの容器をはかりの上に置き, 体積 V。の
水を入れて,体積Vの木片を静かに水に浮かせた。水の密度を
Po, 木片の密度を o, 重力加速度の大きさをgとする。
(1) 木片が受けている浮力の大きさを求めよ。
(2) 木片全体の体積Vに対する水面から出ている部分の体積
の比率を求めよ。
(3) 容器がはかりから受けている垂直抗力の大きさを求めよ。
木片
Be
水一
V.
Do
指針
木片は重力と浮力を受けて静止して (3) 水と容器を一体の
おり,それらの力のつりあいの式を立てる。また,
木片が受ける浮力の反作用として,水は木片から
ものとして考えると,
その重力は
tia
(M+ poV)g, 浮力の
から
反作用はoVgで鉛直
力を受けている。
解説
(1) 木片が受ける力のつりあいか
(M+ooVo)g
ら,浮力を子とすると,着日くイスO)M下向きに受けている。
f=pVg まさ ち
はかりから受ける垂直抗力をNとすると,これ
らの力のつりあいから,
N-(M+poVo)g-pVg=0
N=(M+p,V+pV)g
別解)
f-pVg=0
(2) 木片の水中にある部分の体積をVWとする
と,浮力fは,f=0oVwgとなる。(1)から,
PoVwg=pVg
Vw=Dv
(3) 木片,水, 容器を一体のものと
TS5Eして考えると,重力と垂直抗力Nのつりあいか
Po
V-2v
求める比率は、V-Vw
V
Po
Po-p
ニ
V
ら,
N=(M+pV+pV)g
08
Po