浮力(読み)ふりょく(英語表記)buoyancy

翻訳|buoyancy

日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

浮力
ふりょく
buoyancy

重力場に置かれた流体内に物質を置いたときに、流体から物質にかかる力のこと。

 地球表面の静止流体中に置かれた箱を考えてみよう。箱の高さをhとすると、箱の上面での流体の圧力pは、下面の圧力p0pp0-ρghの関係にある。ここにρは流体の密度、gは地球の重力加速度である。この関係は、流速をゼロとしたベルヌーイの定理から得られる。箱の上下面の面積をSとすると、箱には全体として、上向きにFSp0(圧力は単位面積当りの力である)、下向きにFSpの力が働くことになり、差し引きΔFS(p0p)=ρghSだけ上向きの力が大きく、箱を浮かせようとする。これが浮力である。この浮力の大きさは、箱の体積がVhSであることから、ΔF=ρgVとなり、ちょうど箱の中に流体をいっぱいに満たしたときの重さに等しいことがわかる。浮力は重力と反対方向に働く力であり、物体の重心に作用する。これを浮力の中心という。したがって、真空中で質量Mの物体を流体中に置くと、重心にfMgの重力とΔFmgの浮力(mは、物体が押しのけた流体の質量)が働き、結局、fΔF=(Mm)gの力しか受けないことになる。「水の中の物体は、それが押しのけた水の量だけ軽くなる」というアルキメデスの原理は、このようにして理解できる。昔、鉄の船が浮かぶことに人々は驚いたが、中空にして船が押しのける水の質量mを、鉄の全質量M以上になるよう設計すればよいわけである。しかし、船が傾いて、押しのける水の量が減ったとき、浮力は減るが船の重量は変わらないため沈み、浸水がおこって沈没することがある。

 温められた空気が上昇気流になったり、やかんの底から湯が対流で上昇するのも、浮力のためである。このとき、空気や湯の温められた部分では膨張し密度が小さくなる。したがって、周りの温められていない部分と同じ体積で比べると、温められた部分の空気や水の分子の数は少ないため軽くなっているのである。これは、ヘリウムガスの風船が浮くのは、風船中のヘリウムガス(と風船)の重さが押しのけた空気の重さより小さいのと同じ理由である。最近では、高価なヘリウムガスの風船より、手近なバーナーで空気を熱して浮かせる熱気球がレジャーによく使われている。

[池内 了]

動物の浮力調節

水生動物には、体の比重を調節して自分が生活する深度を一定に保ったり、また垂直に移動したりするものが多い。浮遊生物(プランクトン)は一般に小形のものが多く、体表に複雑な突起があって沈降速度が遅くなっているものや、体内に気体、油滴などを蓄える浮遊への適応がみられる。ヤコウチュウは液胞にアンモニウム塩が多く、また放散虫でも外肉中に多数の液胞があり、それらが浮力調節に役だっているといわれている。海産渦鞭毛(うずべんもう)虫類には、外界と通じた液胞(水嚢(すいのう))があり、その体積変化により比重が変化する。魚卵には、油滴によって浮力を得て水面近くに浮遊するものが多い。クダクラゲ類(カツオノエボシ、カツオノカンムリ)の群体には、気泡体といわれるガスの袋があって水面に浮遊する。多くの魚類には、うきぶくろが発達している。うきぶくろの体積は赤腺(せきせん)から酸素を主とするガスが分泌されて大きくなり、そのガスが卵円腺から吸収されて小さくなる。また、うきぶくろの体積は魚のいる深さによって変化するので、魚が卵円腺からのガスの吸収にまにあわないほど急激に浮上すると、うきぶくろが膨張しすぎて浮力の調節能力を失う。チョウザメ、サケ、コイなどの魚は、成体になってもうきぶくろは外界に通じているので、浮力の調節は空気の出入によって行われる。また円口類、サメ・エイの類にはうきぶくろはない。コウイカの甲やオウムガイの殻は、中の体液の浸透圧濃度を下げることによって水を抜き、気体で占められる部分の体積を調節する浮力調節器官である。

[村上 彰]


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ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

浮力
ふりょく
buoyancy

地球重力の作用のもとで,流体内にある物体が流体から受ける鉛直上向きの力。アルキメデスの原理により,浮力の大きさは,物体が排除した流体の重さに等しく,その作用点は,排除した部分に流体があったと仮定したときの重心に一致する。この点を浮心または浮力の中心という。

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精選版 日本国語大辞典の解説

ふ‐りょく【浮力】

〘名〙 静止している液体や気体の中にある物体がその液体・気体から上方へ引き上げるように受ける力。アルキメデスの原理により、物体が排除する流体の重さに等しい。
※続百鬼園随筆(1934)〈内田百〉伝書鳩「二羽とも、へんな風に、浮力の抜けた様な飛び方をして」

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百科事典マイペディアの解説

浮力【ふりょく】

流体内の物体の表面は,深いところほど大きい圧力を受けるため,全体として鉛直上方に向かう力を受ける。これを浮力といい,その大きさは物体の押しのけた流体の重さに等しい。→アルキメデスの原理浮力中心

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世界大百科事典 第2版の解説

ふりょく【浮力 buoyancy】

流体に働く重力によって生ずる圧力の不均一のために流体中におかれた物体に働く力で,重力と逆方向に働く(図)。その大きさは物体面に働く上記の圧力の合力に等しく物体の実質に無関係である。物体をそのまわりの流体でおきかえてみると,その流体をそのまま支えることができる,すなわちつり合っているから浮力の大きさは物体の排除した流体に働くべき重力に等しい(アルキメデスの原理)。比重が流体より小さい物体は流体中での浮力が物体に働く重力よりも大きいので浮き上がり,液体では液面から外に顔を出し静止する。

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世界大百科事典内の浮力の言及

【圧力】より

…このことからわかるように,重力の作用下に置かれた流体内の圧力は,上からの重みが加わるために,鉛直下方にいくほど大きくなり,密度ρが一定とみなせる範囲内なら,高さの差hによる圧力差は,gを重力加速度としてρghに等しい。水中の物体が周囲の水から受ける圧力の強さには深さによるこの差があるため,その合力が浮力として感じられる。 静止した一様な物体の熱的性質を考える熱力学では,圧力は物体の状態を指定する状態量の一つとして温度や体積とともに重要な物理量である。…

※「浮力」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

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