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力のはたらきの問題

難易度 1教科書の例題レベル中学理科 力のはたらき

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。

ばねばかり物体

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)
算数中学高校大学大学院

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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。

一覧で見る(前提が先)
  1. 重力と力の大きさ
  2. 2 力のつり合いと作用・反作用
  3. 実験器具の使い方と安全
  4. メスシリンダーによる体積の測定
  5. 密度の計算
  6. 浮力

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。

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