水圧と浮力の違いについて簡単に図で解説!

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    さてあなたは”水圧”と”浮力”という言葉をご存知でしょうか。

     

    これらはよく物理学などで用いられている言葉ですが、
    イメージするのが難しいと感じている人もいますよね。

     

    そしてどちらも水によって発生している力ということから、
    水圧と浮力の違いがよく分からないという人も多いです。

     

    そこでこのページでは、水圧と浮力の違いについて簡単に図で解説します。

     

    どうぞご覧ください。

     

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    1.水圧と浮力の違いについて

     

    では水圧と浮力の違いについて簡単に見ていきましょう。

     

    結論から言ってしまうと水圧と浮力の違いは、
    物体に対して”あらゆる方向からかかるのか”、”下方向だけからかかるのか”になります

     

     

    水圧は水中の物体に対してあらゆる方向から力がかかり、
    浮力は水中の物体に対して下方向だけから力がかかります。
    (浮力自体は水だけでなく、それが流体であれば発生します)

     

    上図を見ていただければ分かるかと思いますが、
    浮力というのは水圧による力のうち、下方向からかかる力のみのことを指します

     

    なので浮力とは、水圧と言われている力の一部のことなんですね。

     

    さて水圧と浮力が発生する原理などについて、それぞれ詳しく解説していきます。

     

    水圧とは?

    まず水圧とは、水の重さによって発生する圧力のことです。

     

    水の中に物体を入れると、その物体に水による圧力(水圧)が”あらゆる方向”からかかり、
    水深が深くなるほど物体に対してかかる水圧も大きくなっていきます

     

    水圧は水の重さによってかかる力だと言いましたが、
    簡単にイメージできるように下図のような容器とボールを用いて解説していきます。
    (ボールが水だと思ってください)

     

     

    水圧というのは上の層に存在するボールから下の層に存在するボールに対して、
    その重さがかかっていくことで発生するので下図のように順番に力がかかっていきます。

     

     

    まずは上から1層目に存在するボールの重さによって、
    2層目に存在するボールに力が加わります。

     

     

    次に2層目のボールは横方向に力が流れ(1層目のボールの重さ分の力)、
    下方向(3層目)に1層目と2層目のボールの重さによる力が加えられます。

     

    横方向にも力が流れていくのは上から力がかけられたときに、
    ボールがつぶされることで横方向に力が逃げていくために起こります。

     

    また各方向へと力が流れていきますが、
    作用反作用の法則によってそれらの力とは逆向きの力も加わります。

     

     

    最終的に水圧の関係は上図のようになります。

     

    下方向だけではなくあらゆる方向から水圧がかかっているのと、
    深い層になるにつれてボール同士に働く圧力は大きくなっているのが分かりますよね。

     

    これが水圧のかかり方のイメージとなります。

     

    浮力とは?

    次に浮力とは、流体中において物体に対して下方向からかかる力のことを言います。

     

    浮力は水だけに働く力だと思っている人も多いようですが、
    水だけでなくそれが流体(気体と液体)であれば働く力になります。

     

    水圧はあらゆる方向からかかる力でしたが、浮力は下方向からかかっている力です。

     

    そして浮力というのは、水圧(あらゆる方向からかかる力)のうち”下方向からかかる力に限定した呼び方”です。

     

    なので浮力は水圧の一部ということになりますね。

     

     

    浮力について最初の方で使用していた図を用いて解説していきます。

     

    まず水深が深いほど物体にかかる水圧が大きくなるため、
    水深が深い位置に存在する物体ほど大きな水圧がかかっています。

     

     

    そして上図のように物体に対してかかる横方向(左右)からの水圧は同じ大きさなので、
    左右の力は相殺されて、浮力のときに考えるべき力は上下の力のみになります。

     

    上下の力だけで考えた場合に水深が深いほど力は大きくなるため、
    上からかかる力よりも下からかかる力の方が大きく、それらを差し引いた力が浮力になります

     

     

    またどんな物体にも流体中であれば流体からの浮力は働いていますが、
    流体からの浮力よりもその物体の重さのほうが大きければ物体は沈みます。
    (沈もうとする物体にも浮力自体は働いています)

     

    反対に流体からの浮力のほうが物体の重さよりも大きければ、
    その物体は流体中に沈まずに浮かぶことになるので覚えておきましょう。

     

    以上が「水圧と浮力の違いについて簡単に図で解説!」でした。

     

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    2.まとめ

    これまで説明したことをまとめますと、

    • 水圧とは、水の重さによって発生する圧力であらゆる方向からかかる。
    • 浮力とは、流体中において物体に対して下方向からかかる力のこと。
    • 水圧と浮力の違いは力のかかる方向と、浮力が水圧のうちの一部だということ。

     

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