中学理科中学3年生物理

水圧と浮力｜浮力の求め方（ばねばかりの差）をやさしく【中3理科】

中3理科の「水圧と浮力」を図でやさしく。水圧が深いほど大きくなる理由、浮力が上下の水圧差で生まれるしくみ、浮力＝空気中の重さ−水中での重さ（ばねばかりの差）の計算、浮く・沈むの条件、完全に沈むと深さを変えても浮力が変わらない理由まで、圧力とつなげて整理できます。

「水に入れると軽く感じるのに、深く沈めるともっと軽くなるの？」——浮力は中3理科でつまずきやすい単元ですが、正体は圧力の応用です。深いほど強くなる水圧の「上と下の差」が、上向きの力＝浮力を生みます。図でしくみをつかみ、計算は「ばねばかりの目盛りの差」だけ。これで浮く・沈むまで説明できます。

水圧——深いほど大きくなる

水の中の物体は、まわりの水の重さによる圧力を受けます。これが水圧です。圧力（力÷面積）と同じ考え方で、上にある水が重いほど大きくなります。

深いところほど、上にのっている水の量（重さ）が増えるので水圧は大きくなります。耳が痛くなる・水中メガネが顔に押しつけられるのは、この水圧のためです。

浮力は「上下の水圧の差」で生まれる

水中の物体には、上の面と下の面の両方に水圧がかかります。下の面のほうが深いので水圧が大きく、その差が上向きの力＝浮力になります。

上の面には下向きの水圧、下の面には上向きの水圧。下のほうが深くて水圧が大きいので、差し引きすると上向きの力が残ります。これが浮力の正体です。水に入れた物体が軽く感じるのは、この上向きの浮力が重力の一部を打ち消すからです。

浮力の大きさを求める（ばねばかりの差）

浮力の大きさは、ばねばかりを使えばかんたんに求められます。

たとえば、空気中で $4$ N の物体が、水中では $3$ N を示したなら、浮力は $4 - 3 = 1$ N。水中で軽くなったぶんが、そのまま浮力です。

深く沈めても浮力は変わる？

ここが最大のつまずき。「深いほど水圧は大きいから、深く沈めるほど浮力も大きくなりそう」——でも、物体が完全に水中にあれば、深さを変えても浮力は変わりません。

ただし、物体がまだ一部しか沈んでいないときは、深く入れるほど水中の体積がふえて浮力も大きくなります。「完全に沈むまでは増える／沈みきったら一定」と整理しましょう。

セナ

深いほど水圧が大きいのに、浮力は変わらないの…？ なんだか矛盾してる気がする！

ホクト先生

いい引っかかり方！ たしかに深いほど水圧は大きい。でも浮力は「下面と上面の水圧の差」。深くすると上面の水圧も下面の水圧も同じだけ大きくなるから、差は変わらないんだ。だから完全に沈んでいれば、浮力は深さによらず一定。変わるのは「沈んでいる体積」がふえるときだけだよ。

よくある間違い

やってみよう（練習問題）

深いほど大きくなる水圧。その上下の“差”が浮力。完全に沈めば浮力は一定。——このしくみと「空気中 − 水中」の引き算さえ押さえれば、浮く・沈むの判断まで、まとめて説明できます。