水中の物体に働く力

学習指導要領 第 1 分野 (5) 運動とエネルギー ア (ア)「力のつり合いと合成・分解」㋐。

0. どういう論点か

水の中に入れた物が軽く感じるのはなぜか、という話です。
答えは水圧——水が物体を押す圧力——にあります。

圧力（力 ÷ 面積）そのものは 気象要素と圧力 で扱います。
指導要領では第 2 学年の気象の単元に置かれていて、この論点（第 3 学年）はその続きです。

浮力は、上下の水圧の差から生まれます。
下面のほうが深いぶん水圧が大きいので、差し引きで上向きの力が残ります。

引っかけの分かれ目は次の 3 つ。

• 水圧はあらゆる向きから働く（下向きだけではない）
• 浮力の大きさは深さによらない（全部沈んでいれば、深くしても変わらない）
• 浮力は、水中にある部分の体積が大きいほど大きい（物体の重さでは決まらない）

1. 水圧

根拠: 学習指導要領 1-(5)-ア-㋐

水圧とは何か。何によって生じるか？

水による圧力。水に重さがあるから生じる

水圧の大きさは、何で決まるか？

水面からの深さ

深いほど大きい。同じ深さなら、あらゆる向きに同じ大きさで働く。

ゴム膜を張った筒を水中に沈めると、ゴム膜はどうへこむか？

どの向きの膜も内側にへこみ、深いところほど大きくへこむ

水圧があらゆる向きから働いていることが分かる。

2. 浮力

根拠: 学習指導要領 1-(5)-ア-㋐

浮力とは何か。向きは？

水中の物体に働く上向きの力

浮力が生じるのはなぜか？

物体の下面に働く水圧が、上面に働く水圧より大きいから

深いほど水圧が大きいので、その差が上向きの力として残る。

浮力の大きさは、どうやって求めるか？

空気中でのばねばかりの値 − 水中でのばねばかりの値

軽くなった分が浮力。

物体全体が沈んでいるとき、深く沈めると浮力はどうなるか？

変わらない

上面と下面の水圧の差は深さによらないため。
ただし、沈んでいく途中（一部だけ水中）では、沈むほど浮力は大きくなる。

同じ体積の鉄とアルミニウムを、どちらも全部水に沈めた。働く浮力はどうなるか？

等しい

浮力の大きさは、水中にある部分の体積で決まり、物体の重さや材質にはよらない。

物体が水に浮くのは、どんなときか？

浮力が重力より大きい（または等しい）とき

浮いて静止しているときは、浮力と重力がつり合っている。