力のはたらきの問題
ある物体を糸でばねばかりにつるすと、空気中ではばねばかりは を示しました。次に、ばねばかりにつるしたまま、この物体全体を水そうの水の中に沈めて静止させると、ばねばかりは を示しました。このとき、物体は水そうの底や側面にふれていません。水中で物体にはたらく浮力の大きさは何 N ですか。ただし、糸の質量と体積は考えないものとします。
この問題で使うもの
- 浮力(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(6 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
浮力の求め方を使います。浮力の分だけ、水中ではばねばかりの値が小さくなります。
ヒント 2
浮力の大きさ (空気中でのばねばかりの値)(水中でのばねばかりの値)です。
ヒント 3
空気中の値は 、水中の値は です。この差を計算しましょう。
答えと解説
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解説を読む
空気中で物体にはたらく力
空気中では、物体にはたらく重力と、ばねばかり(糸)が物体を引く力がつり合っています。よって、物体にはたらく重力の大きさは、ばねばかりの値と同じ です。
水中で物体にはたらく力
水中では、物体に上向きの浮力がはたらきます。物体にはたらく力は
- 重力 (下向き)
- ばねばかりが引く力 (上向き)
- 浮力(上向き)
で、物体は静止しているので、上向きの力の和と下向きの力がつり合っています。つまり
浮力を求める
浮力の大きさは「空気中でのばねばかりの値 − 水中でのばねばかりの値」なので
よって、浮力の大きさは です。
別解
空気中でのばねばかりの値は物体にはたらく重力に等しく 2.4 N。水中では、物体にはたらく重力(下向き)が、糸が引く力(ばねばかりの値 1.6 N、上向き)と浮力(上向き)の和とつり合う。浮力は N。確かめ: 上向きの力 N が下向きの重力 2.4 N とつり合っている。