浮力
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出典検索?: "浮力" ? ニュース ・ 書籍 ・ スカラー ・ CiNii ・ J-STAGE ・ NDL ・ dlib.jp ・ ジャパンサーチ ・ TWL(2011年6月)
浮力の例の説明図。水面に浮いていて静止している物体では、重力(gravity)と浮力(buoyancy)とが、つりあっている。水圧の説明図。水深が深くなるほど、比例して水圧が強くなる。水圧の方向は、物体の面に垂直方向に働く。

浮力(ふりょく、: buoyancy)とは、などの流体中にある物体重力とは逆の方向に作用するである。

浮力の原因はアルキメデスの原理によって説明される。物体は流体から圧力静水圧)を受けている。このとき圧力は物体の上と下では異なり(富士山の頂上の気圧と麓の気圧のように)、下から受ける力の方が大きい。この物体が受ける上下の力の差が浮力である。すなわち、物体には上向きの力が作用する。

物体が流体にすべて浸かった場合、深さが変わろうと浮力が変わることはない。
定式化

物体が受ける浮力は、その物体と同じ体積の(周囲の)流体に作用する重力に等しい。すなわち以下のようになる。 F b = ρ f V g {\displaystyle F_{b}=\rho _{f}Vg} Fb :浮力(N, kg・m/s²)ρf :流体の密度(kg/m³)V :物体の体積(m³)g :重力加速度(m/s²)

この式の厳密な導出には発散定理を用いる。

さらに、物体の密度が ρs であるとすると、物体にはたらく重力と浮力との合力は(上向きを正として)、 F = ( ρ f − ρ s ) V g {\displaystyle F=(\rho _{f}-\rho _{s})Vg}

となる。したがって

物体が流体より軽い(ρs < ρf )とき、F > 0 、すなわち物体は浮く

物体が流体より重い(ρs > ρf )とき、F < 0 、すなわち物体は沈む

ことが分かる。
無次元数

流体力学で用いられる無次元量のうち、浮力に関するものには以下がある。いずれも、他の何らかの力との大きさの比を表す。

リチャードソン数 - 慣性力との比

グラスホフ数 - 粘性力との比

レイリー数 - 熱拡散との比

エトベス数 - 表面張力との比



関連項目.mw-parser-output .side-box{margin:4px 0;box-sizing:border-box;border:1px solid #aaa;font-size:88%;line-height:1.25em;background-color:#f9f9f9;display:flow-root}.mw-parser-output .side-box-abovebelow,.mw-parser-output .side-box-text{padding:0.25em 0.9em}.mw-parser-output .side-box-image{padding:2px 0 2px 0.9em;text-align:center}.mw-parser-output .side-box-imageright{padding:2px 0.9em 2px 0;text-align:center}@media(min-width:500px){.mw-parser-output .side-box-flex{display:flex;align-items:center}.mw-parser-output .side-box-text{flex:1}}@media(min-width:720px){.mw-parser-output .side-box{width:238px}.mw-parser-output .side-box-right{clear:right;float:right;margin-left:1em}.mw-parser-output .side-box-left{margin-right:1em}}ウィキメディア・コモンズには、浮力に関連するカテゴリがあります。

アルキメデスの原理

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