アルキメデスの原理を使って説明してください！

質問

鉄の舟が水に浮く理由

これを誰か説明して下さい！よろしくお願いします！

＞舟の重さが30kgなら体積をいくつにすればよいの？

これも教えて下さい!

回答No.3

poor_Quark · ベストアンサー

こう考えてはどうでしょうか。

　縦・横・高さとも十分大きく、一番上の面にふたがない箱を水に浮かべたとします。便宜的に厚みと重さはゼロとします。その箱の中にバランスよく３０キログラムの重りを置いたとします。そうすると、箱は沈みますが、その時箱が沈んだことによって排除された水の量はちょうど３０キログラムに相当します。

　その箱が十分大きなものなら、千トン、２千トンの重さを重りを乗せることができるわけです。実際は船自体の重さがありますので、それも含めて全部でどれくらいの重さのものが安全に運べるかという計算をするかと思います。

＞舟の重さが30kgなら体積をいくつにすればよいの？

　前述の重さのない箱の、水面に接する面を１ｍ×１ｍの正方形とします。そうすると底辺が１ｍの正方形の升に３０キロの水を入れたときに何センチの高さまで水面が達するかを考えると、水の比重を１として
３０Kg＝３０リットル＝３０，０００立方センチで
１００ｃｍ×１００ｃｍで割ると３センチという計算になります。

　ということで静水面で３センチ以上のふちの高さがあれば、浮かぶと言うことになります。もちろんギリギリだと少しの波で水が侵入し、沈んでしまうでしょうから状況に応じた余裕が必要かとは思います。

回答No.6

nozomi500

水の密度については、水は圧力でそんなに体積は変化しませんから、舟がどうこうする範囲では無視できると思います。（何千気圧の発生装置も、水だけであればそんなに大掛かりなものでない。耐圧は大変だけど）

舟の体積ですが、「潜水艦」みたいに気密であれば、その体積でいけます。もちろん開放的な船であれば、「喫水線の下の体積」が30リットル必要です。

回答No.5

starflora

＞鉄の舟が水に浮く理由

　　これは、アルキメデスの原理で、「浮力」が発生するからですが、誰も、何故浮力が発生するのかの説明がありません。「原理」があるので、浮力が発生するのではなく、浮力が実際に発生するので、この事実を、「原理」として述べているのです。

　　実は、水のように層になって重く重なっている状態だと、深度が深くなると、水の密度が高くなって来るので、浮力の大きさも違って来ます。

　　浮力については、次のように考えると、何となく分かります。

　　割りに浅い海に、１０ｃｍ立方のなかが空気の箱を沈めます。箱は、底面や表面が、海水面と平行であるような状態になっているとします。

　　次に、箱は実はなく、同じ場所で、１０ｃｍ四方の海水の空間領域を考えます。この場合、表面とか底面とか側面は海水で、実際は存在していません。そこで、底面に当たる部分を考えます。この部分の海水は、何故、底に沈まないのか。というのは、上に海水がありますから、この海水の重量・重力で、下の海水を押しているはずだからです。

　　沈まない理由は、パスカルの原理で、底面の下の海水は、その横ずっと限りなく広がる海水の圧力と同じ圧力になっていて、この圧力で、上の押して来る水の重力に対抗力が働くからです。上の水の重力と、下の水の圧力による対抗力が丁度均衡して、水は下に沈まないのです。もし、均衡していない場合、水は下に沈み、「対流」が起こります。

　　もう一度、１０ｃｍ立方の空気の入った箱に戻りますと、箱や空気には重量がありますから、この重力で、下の海水を押します。しかし、下の海水は、箱の底面を、上に押しているのです。この力は、作用・反作用の反作用力ではなく、実質の力です。どれぐらいの力で上に押しているかと言いますと、先の水だけの場合で考えた時でてくるのですが、対抗力の大きさは、丁度、１０ｃｍ立方の水の重量に対応する重力と同じです。この重力が、下の水を押し、下の水は、この重力と同じ力で、水を上に押しているので、水は均衡し、対流が起こらないのです。

　　１０ｃｍ立方の水の質量分に対応する重力と同じ力で、上に押しているというのは、この大きさの「浮力」が働いていることになるのです。

　　これをやさしく言い換えると、押しのけた水の質量分にかかる重量に等しい「浮力」を受けるということになるのです。

　　浮力というのは、船に密封空間があれば、その空間の大きさに応じて、沈降力が決まって来るのですが、船が沈没する時かかる力など、あまり人は考えたくないので、浮く場合の力を考えたいので、「浮力」というのでしょう。「上向きの圧力」というのが、ニュートラルな言い方です。

　　 ＞舟の重さが30kgなら体積をいくつにすればよいの？

　　何の体積かですが、３０ｋｇの重量の重力に対応する水の重量分の体積です。比重を１とすれば（本当は海水は１ではありませんし、深さによって密度が変化します）。３０ｋｇ分の水の体積は、１０ｃｍ立方で１ｋｇが水ですから、その３０倍、３０リットルです。

回答No.4

nubou

アルキメデスの原理：
流体中にある物体はその物体が存在するためにおしのけられている流体の重さの浮力を受ける

回答No.2

ubon

鉄の船といっても鉄の塊じゃありません。
中に空間(空気)がありますからね。
ですから、鉄の船の密度(重さを体積で割ったもの)が水よりも小さければ、
船は水に浮かぶのです。

というわけで、

＞舟の重さが30kgなら体積をいくつにすればよいの？

水1kgの体積は1000立方cmです。後は自分で計算しましょう。

回答No.1

noname#2748

船を作るのに使用した鉄の重量より、船の体積分の水の方が重ければ、とりあえず浮きます。例えば３０ｋｇの鉄で作った船ならばその容積が３０リットル以上あればとりあえず浮くことになります。ただし、船の内部に水が入らないことが条件ですので、その形状が悪く転覆してしまった場合は沈みます。

船を作るのに使った材料の全重量と船が水に使っている部分の容積の水の重さが釣り合った位置が喫水線です。