方法1 方法2の1：浮力方程式を用いる方法

1. 1 物体の水没部分の体積を求めます。物体に働く浮力は、水没している物体の体積に比例する。つまり、固体に沈んでいる部分が多いほど、そこに働く浮力は大きくなる。つまり、液体に浸かっている物体でも、上に押し上げる浮力があるのです。物体に働く浮力の計算を始めるには、一般に、まず、液体に浸かっている物体の体積を求めなければなりません。浮力の計算式では、メートル3でなければならない。物体が完全に液体に浸かっている場合、浸水した体積は物体自体の体積と同じになります。流体表面に浮かぶ物体については、流体表面下の体積のみが考慮されます。例として、水中に浮かぶゴムボールに働く浮力を求めるとします。この球が直径1mの完全な球で、水面のちょうど半分の高さに浮かんでいる場合、球全体の体積を求め、それを半分に割れば、水没している部分の体積を求めることができる。球の体積は (4/3)π(radius)3 なので、球の体積は (4/3)π(0.5)3 = 0.524 m 3 となり、0.524/2 = 0.262 m 3 が水没していることがわかります。

2. 2 液体の密度を求めます。次に浮力を求めるには、物体が浸かっている液体の密度（単位：kg/m3）を求めます。密度とは、物体や物質の体積に対する重さの尺度である。同じ体積の2つの物体があれば、密度の高い方の物体が重くなります。一般に、物体が浸かっている流体の密度が高いほど、浮力は大きくなります。流体の場合、通常、参考文献で密度を調べるのが最も簡単です。この例では、水の中にボールが浮いています。学術的な情報源から、水の密度は約1,000 kg/m 3であることがわかります。そのようなリストの一つがこちらです。

3. 3 重力（またはその他の下向きの力）を求めます。液体に浸かっている物体は、沈んでも浮いても、常に重力の力を受けている。現実世界では、この一定の下向きの力は、およそ9.81ニュートン/kgに相当する。しかし、遠心力のような別の力が流体とその中に浸かっている物体に作用している場合は、これも考慮してシステム全体の「下向き」力を決定しなければならない。この例では、通常の静止した系を扱う場合、流体と物体に働く下向きの力は標準的な重力である9.81ニュートン/kgだけだと仮定することができる。

4. 体積×密度×重力の4倍。物体の体積（m3）、液体の密度（kg/m3）、重力（または系の下向きの力（ニュートン/kg））の値があれば、簡単に浮力を求めることができます。Fb = 0.262 m3 × 1000 kg/m3 × 9.81 Newtons/kg = 2570 Newtons という式に値を代入して、例の問題を解いてみよう。他の単位は相殺され、ニュートンが残ります。

5. 5 自分の物体が浮くか浮かないかで、その引力を比較する。浮力の方程式を使えば、物体が浸かっている液体から押し上げられる力を簡単に求めることができます。しかし、少し手を加えることで、対象物が浮いているのか沈んでいるのかを判断することも可能です。物体全体の浮力を求め（つまり、物体全体の体積をVとする）、G＝（物体の質量）（9.81m/s2）の式で、物体を押し下げる重力を求めればよいのです。浮力が重力より大きければ、物体は浮くことになります。一方、重力の力が大きければ、物体は沈みます。この2つが等しい場合、物体は中性浮力であるといいます。中性浮力の物体は、水中にあるとき、水面に浮いたり、底に沈んだりしない。液中の上下の間に浮遊しているだけです。例えば、直径0.75m、高さ1.25mの20kgの円筒形の樽が水に浮くかどうかを知りたいとします。次に、通常の重力と通常の水の密度を仮定して、樽にかかる浮力を求めると、0.55 m 3 × 1000 kg/m 3 × 9.81 N/kg = 5,395.5 Nとなる。g = (20 kg)(9.81 m/s2) = 196.2 ニュートン。これは浮力よりはるかに小さいので、樽は浮くことになる。

6. 6 液体が気体の場合も、同じ方法で計算します。浮力の問題を解くときに忘れてはならないのは、物体が浸かっている液体は、必ずしも液体ではないということです。気体も流体の一種であり、他の物質に比べて密度が小さいにもかかわらず、その中に浮遊する物体の重量を支えることができる。簡単なヘリウム風船がその証拠です。風船の中の気体は、周りの液体（普通の空気）よりも密度が小さいので、浮くことができるのですこれがヘリウムです。

方法2 方法2：簡単な浮力実験をしてみる

1. 1 大きなボウルやカップの中に、小さなボウルやカップを入れる。身近なものを使って、浮力の仕組みを簡単に理解することができますよ。この簡単な実験では、水中にある物体は、入れ替わる液体の体積が水中の物体の体積と等しいので、浮力の力で浮くことを実証します。この簡単な実験では、水中にある物体が浮くのは、置き換えた液体の体積が水中の物体の体積と等しいからであることを実証します。また、その過程で、この実験を通して、実際に物体の浮力を求める方法を示す予定です。まず、大きなボウルやバケツなどの大きな容器の中に、ボウルやカップなどの小さな空き容器を入れる。

2. 2 内部の容器がいっぱいになるように入れる。次に、内側の小さな容器に水を入れます。水位は、溢れることなく、容器の一番上まで届くようにします。ここに注意!水をこぼした場合は、大きい方の容器を空にしてから再チャレンジしてください。この実験では、水の密度を1000kg/m3と仮定します。塩水やまったく別の液体を使用しない限り、ほとんどの種類の水の密度はこの基準値に近いので、多少の違いはあっても結果は変わりません。手元にスポイトがあれば、内部容器の水を正確に均すのに便利です。

3. 3 小さな物体を浸す。次に、内部の容器に入り、水で傷つかないような小さなものを探します。この物体の質量（キログラム単位）を求めましょう（グラム数がわかり、キログラムに換算できる天秤やはかりを使うとよいでしょう）。そして、指を濡らさずに、ゆっくり着実に、物が浮いてくるか、やっとつかめるようになるまで水に沈め、手を放す。内側の容器から外側の容器に水がこぼれているのがわかると思います。ここでは例として、質量0.05kgのおもちゃの自動車を内側の容器に入れるとします。次のステップで見るように、この車の浮力を計算するために、体積を知る必要はないのです。

4. 4 流出した水を回収し、測定する。水中に物を沈めると、その物は水の一部を変位させます。もし変位させなければ、水の中に入る余地はないでしょう。この水を押し流すと、水が押し戻され、浮力が発生する。内側の容器から溢れた水を、小さなガラスの計量カップに注ぎます。グラスの中の水の体積は、沈んだ物体の体積と同じになるようにする必要があります。つまり、物体が浮いていれば、溢れた水の体積は水面下に沈んでいる物体の体積と同じになるのです。物体が沈んだ場合、こぼれた水の体積は物体全体の体積と同じになります。

5. 5 こぼれた水の重さを計算する。水の密度がわかっていて、計量カップにこぼれた水の体積が測れるので、その質量を求めることができるのです。体積をメートル3単位に換算し（オンライン変換ツールなどが便利）、水の密度（1,000kg/m3）をかければいいのです。この例では、おもちゃの車が内部の容器に沈み、大さじ2杯分（0.00003m3）ほど抜けたとします。水の質量を求めるには、密度を掛け合わせると、1,000 kg/m3 × .00003 m3 = 0.03 kgとなります。

6. 6 除去した水の質量と物体の質量を比較しなさい。水中に沈めた物体の質量と、その物体が吐いた水の質量がわかったので、どちらが大きいか比べてみてください。もし、内側の容器に沈んでいる物体の質量が、置換した水の質量より大きければ、沈むはずである。一方、排出される水の質量が大きければ、物体は浮くはずです。これが浮力の仕組みです。物体が浮くためには、物体自身よりも大きな質量の水を変位させなければなりません。したがって、質量が小さくても体積が大きい物体は、最も浮力のあるタイプである。この特性は、中空の物体が特に浮力を持つことを意味する。カヌーを思い浮かべてください。カヌーは中が空洞になっているので、あまり大きな質量を持たずに大量の水を流すことができ、よく浮くのです。この例では、車の質量（0.05kg）は、排出する水の量（0.03kg）よりも大きくなります。これは、私たちが観察した「車が沈む」ということと矛盾しない。

• 正確な測定を行うために、読み取るたびにゼロに設定できるはかりや天びんを使用してください。