概念と仕組み
浮力は、深さに伴う流体圧力の変化によって生じる、正味の上向きの力です。その大きさは、押しのけた流体の重さに等しくなります。
空洞の容器は、その総重量に対してより大きな体積を占めるため、必要な量の水を移動させることができます。金属自身の密度と、容器全体の平均密度を区別する必要があります。
関係式と成立条件
Fb=ρgV_排水量です。水線面積が一定のモデルでは喫水がd=m/(ρAwp)なので、同じ面積で質量が増えるほど深く沈みます。
実際の船の船体では、水線面積は深さに応じて変化します。 喫水、転覆に対する安定性、波、および水への浸水は、それぞれ独立した考慮事項です。
仮想実験で読み取る変化
浮いているとき浮力は船と貨物の重さに等しくなります。
質量2000 kg・深さ1.5 mの箱型船体です。水平喫水と小角度のメタセンタ近似を別に計算します。大傾斜・負の復原性・沈没後の運動は範囲外です。実船の積載試験をしないでください。
重要な関係式と記号
d = m/(ρAwp) · Fb = ρgVdisplaced
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| V_排水量 | 船体が押しのけた水の体積 | m³ |
| Awp | 水線面積 | m² |
| d | 喫水 | m |
例で確かめる
同じ質量で海水の喫水は淡水より？
少し浅い · 浮いているとき浮力は船と貨物の重さに等しくなります。
よくある誤解
- 容器が浮く理由を、容器の材料である金属の密度が水の密度よりも小さいという理由で説明することは適切ではありません。