質量1kg 質量mkg g倍（9.8倍）重力(重さ)9.8N 重力mg N 〇重力加速度地球の重力によって生じる加速度を重力加速度（通常は，記号gを用いて表す）と呼ぶ。高校物理のレベルでは，一定の値とし，9.8m/s2を用いる。中学校理科のレベルでは，重力加速度を直接的に問題にすることはないが，それをおよそ10m/s2とし，質量1kg(1000g)の物体に働く重力の大きさ (重さ)を考えさせるようにしている。すなわち，「およそ100g の物体に働く重力の大きさを１Nとする」との定義を用いる。〇ニュートンの第二法則 F(N)=m(kg)×a(m/s2) 質量1kgの物体に1m/s2の加速度を生じさせる力の大きさを1Nと定義する。地球上で物体を落下させると，重力(重さ) の作用により，9.8m/s2の加速度が生じる。このとき，物体の質量が1kgであれば，その物体に働く重力は，以下のようになる。 F(N)＝1(kg)×9.8(m/s2)＝9.8N ＊中学校理科では，質量1kgの物体に働く重力をおよそ１０Nとして扱う。したがって，およそ100g(0.1kg)の物体に働く重力は１Nとなる。〇質量と重さ地球上の物体には重力が働く。質量と重力の関係は，ニュートンの第二法則により求められる。質量m(kg)の物体に働く重力は，mg（Ｎ）である。浮力(結論) 結論的には，物体Aが押しのけた物体B（通常は密度が 1g/cm3の水を取り上げることが多い）の質量(g)に働く重力（N)が浮力として働くと考えれば良い。物体B 物体A 例えば，水の中に，10cm3の物体が完全に沈められているとき，その物体は，10ｇ（水の密度1ｇ/cm3×体積10cm3）の質量の水を押しのけたことになる。10ｇ(0.01kg)の質量の水に働く重力は，重力加速度を9.8m/s2とすると，ニュートンの第二法則より，0.098Nとなる。したがって，この物体に働く浮力は，０． 098Nとなる。 a(cm) b(cm) x(cm) 水深 S(cm2 ) 水深x(cm)の水圧は，どの方向も同じ大きさになる。つまり，水圧は，深さのみによって決まる。水深x(cm)に位置するS(cm2)の面に働く力の大きさは，その面の上に存在している水の重さ（N)となる。面の上にある水の体積は， S(cm2 )× x(cm)＝Sx(cm3)となる。水の密度を1(ｇ/cm3)とすると，その水の質量は， 1(ｇ/cm3)×Sx(cm3)＝Sx（ｇ）となる。 Sx 質量Sx（ｇ）は，1000 (kg)である。 Sx 質量1000 (kg) の物体に働く重力の大きさ (重さ)は，F=ma（この場合のaは重力加速度g） Sxg より，1000（N)となる。この重さが，S(cm2)の面に働くことになるため，圧力は， Sxg xg （N)÷ S(cm2)＝（N/cm2）となる。 1000 1000 水深x(cm)の位置の水圧は，すべての方向で xg 等しく， 1000（N/cm2）となる。水の中に沈められた直方体にかかる水圧の大きさは，深さによって異なる。横の面にかかる水圧は，深くなるほど大きくなるが，どの深さであっても，全方向から同じ水圧かがかかることになるため，相殺される。上の面にかかる水圧と下の面にかかる水圧は，深さが異なるために，その大きさも異なることになる。したがって，面全体に働く力の大きさも，上の面と下の面とでは異なることになる。この二つの力の差が，浮力の正体である。浮力が生じるメカニズムとその値を，以下の図を用いて説明すること。必要に応じて適当な文字を使用すること。直方体の上に働く力の大きさは？直方体の下の面に働く力の大きさは？直方体の下の面に働く力と下の面に働く力の差は？図のように，一辺の長さが10(cm)の立方体の物体Aを静かに水に浮かべたところ，水面から4（cm）でた状態で静止した。水の密度を１（g/cm3 ）としたとき，この物体に働く浮力の大きさを求めなさい。また，この物体Aの密度を求めなさい。図のように，体積が100（cm3）の球体を水の中にすべて沈めたところ，ばねはかりの目盛りが690ｇを指した。水に沈める前の状態で，ばねはかりが指していた目盛りは何ｇであったと考えられるか答えなさい。ただし，水の密度を１（g/cm3 ）とすること。また，上の実験で用いた水を，密度1.1(ｇ/cm3)の泥水に変え，泥水に球体をすべて沈めたときに，ばねはかりの目盛りが690ｇであった。泥水に沈める前の状態で，ばねはかりが指していた目盛りは，何ｇであったと考えられるか答えなさい。