浮力の問題

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2015年明大中野中学の問題です。


浮力に関する次の文を読み、あとの各問いに答えなさい。

水中にある物体には浮力(浮こうとする力)がはたらきます。
図1のように重さ10gのものが浮いているとき、重さと浮力はつり合っているので浮力の大きさは10gになります。このとき、水に沈んでいる部分の体積は10cm3でした。
 また、浮力の大きさは水に沈んでいる部分の体積に比例します。たとえば、沈んでいる部分の体積が5cm3であれば浮力は5gになります。

(1)図2のように、重さ1200gの直方体の木片(25cm×10cm×8cm)を水に浮かべました。水面上に出ている部分の高さを求めなさい。

(2)図3のように、図2の木片の上に鉄のおもりをのせたところ、木片の上面がちょうど水面と同じになりました。鉄のおもりの重さを求めなさい。

(3)図4のように、糸で天じょうにつるした長さ30cmの棒の左端に、体積10cm3のおもりAを糸でつるして水中に沈めました。この棒の右端に重さ34gのおもりBを糸でつるしたとき、棒が水平になりました。おもりAの重さを求めなさい。ただし、糸の重さと体積、棒の重さは考えないものとします。


【解説と解答】
(1)1200gの重さが浮いているので、浮力は1200gです。ということは水中には1200cm3入っていることになるので、底面積が25×10=250cm2ですから、
1200÷250=4.8cmが水中にあるので、水面上にあるのは8-4.8=3.2
(答え)3.2cm

(2)すべてが水中に入っているので、受けている浮力は25×10×8=2000gです。したがって重さも2000gですから、鉄のおもりは2000-1200=800gです。
(答え)800g

(3)棒の重さを考えないので、34×20÷10=68gが棒の左側にかかる重さです。
10cm3水の中に入っていますから、10gの浮力を受けているので空気中の重さは68+10=78gです。
(答え)78g

「映像教材、これでわかる力のつりあい」(田中貴)

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