質問

浮力の反作用の作用点はどこに描くのですか。
 水が入ったビーカーの底につかないように 糸につるして 球体の おもりを沈めたときの
浮力の反作用の作用点はどこから描くのでしょうか。
 浮力の作用点から,水の重心から,ビーカーの底の中央からなど いろいろな説があり,頭が混乱しています。

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回答 (5件)

補足について

厳密には作用点は浮心なのですから,必要があればいつでもそこから矢印を描く意識をもちましょう。たとえば,ドーナツの重心にはドーナツはありません。わかりやすくするためにドーナツの身があるところに矢印を描くことは許されますが,力のモーメントを考察する上ではそれではまずいことになるわけです。浮力の反作用の場合も同様です。反作用の作用点には水はありませんものね?

この回答へのお礼

分かり易い説明 ありがとう ございます。 ドーナツの例が とても いいです。
有り難うございました。

浮力の原因にさかのぼって考えてみましょう。

物体を沈めたときに,その表面にかかる圧力の合力が浮力です。
圧力の作用はあくまで物体の表面ですが,その合力の作用点は「浮心」と呼ばれる点になります。「浮心」というのは,物体の沈んでいる部分を水に置き換えた場合の重心の位置と考えていいでしょう。

さて,そうすると浮力の反作用点はどこになるでしょう? 浮力の反作用もその原因は圧力にあります。したがって本来物体表面(にある水)の各点が作用点といえるのですが,浮力と同じようにその合力を考えると,やはり「浮心」が作用点になると考えるべきでしょう。

しかし,浮力の反作用の考え方には次のようなものもあります。
物体を沈めると,水面の水位が上がります。すると,その分ビーカーの底面が受ける水圧が増加します。その増加分が浮力と等しく逆向きです。

力の図を描く場合,上のように「浮心」を作用点にして力の矢印を描くと,浮力の反作用を物体が受けているかのようになってしまいます。ですから,力のモーメントを問題にするのでなければ,浮力の反作用の力は物体の下の水の適当な位置から描くのがわかりやすいといえるでしょう。このような問題では,臨機応変にわかりやすいところに矢印を描くのがよいと思います。

この回答への補足

物体の下の 適当な位置から 描いても OK というのが 分かり易いですね。ということは
水の重心に 浮力の 反作用の作用点を 描かなければならない という考えは おかしいと言うことですね。

浮力を受けるのは「球体のおもり」であり、その大きさは排斥された同じ体積の「水」と同じである。
浮力が働く点を「浮心」と呼ぶと習いましたが、そこでいいと思いますよ。

密度が一様な球体であり、その球体がすべて水の中に沈んでいれば、その球体の「重心」を「浮心」としても問題ないと思いますよ。

いいURLが見つからなかったので、以下を参考に「浮心」を考えてみてください。
http://www5f.biglobe.ne.jp/~Tan-Lee/modo/gijutu/ …

密度が一様な球体であれば中心が「重心」となり、完全に水没していれば「浮心」の位置と同じになる。(・・・と思います。)^^v。

この回答へのお礼

浮心から 描くと よいということですね 有り難うございます。

浮力Fは錘に働く重力Wによって錘が水を押し付ける力に対する反力、つまり重力の反力が浮力です。糸に働く張力をTとすると
  W=F+T
です。WとFの作用点は球の重心です。向きはFとTが上向き、Wが下向きです。

素人です。
しかし旧専門学校東京物理学園卒業生の発言を引用します。
メタセンターかもしれませんよ。
・・・この記事は参考になりましたか?・・・

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