今回は、重心と浮心の物理法則について考えたいと思います。
私のブログは大人向けの内容ですので、教科書に書かれている内容とは異なっている可能性があります。
学校でテストをする場合、教科書から学ばなければ点数を取れません。(^^;
次の記事は、今回のお話に関連するお話です。
１．だるまが起き上がる仕組みを分析
２．コマが倒れるまでを分析
３．自転車がバランスよく進む仕組みを分析
今回は、次の物理法則に関する概念を加えたいと思います。
４．質量中心と浮心、幾何中心について
５．船が海に浮く時のバランス計算
６．重心と質量中心、浮心について
まず、重さが何なのかと言うと、密度の違いによる差だと思います。
例えば、図の様に空気の塊、水の塊、炭素の塊があったとします。
空気の塊は、大きな空気が図の様に詰まっていて、我々の生活環境では気体として存在します。
水の塊は、大きな水が図の様に詰まっていて、我々の生活環境では液体になっています。
炭素の塊は、小さな炭素が図の様に詰まっていて、我々の生活環境では固体としてよく見かけます。
図の様に、物質の塊は密度に違いがあり、密度の高い方が重く、密度の低い方が軽い。
例えば、密度が低く軽い水に、それよりも密度が高く重い炭素の塊が入ると、図の様に沈下します。
図の様に密度が低く軽い水に、それよりも密度が低く軽い空気の塊が入ると、空気は軽いので浮上します。
これが、重さです。
次は、重心がどのようなものか考えてみましょう。
図の箱が均等な密度だとしたら、箱の中心が重心となります。
この重心（質量中心）は、幾何中心と同じ位置です。
では、赤く囲んだ部分は７５ｋｇ、箱の４分の２を占め、均等な密度だとします。
青く囲んだ部分が２５ｋｇ、箱の４分の２を占め、均等な密度だとします。
５０ｋｇ地点が重心であり、重い方に重心は偏るので、次のような計算になると思います。
（中心の重さー軽い箱の重さ）÷重い箱の重さ＝重い箱にある重心の高さ率
（５０ｋｇ－２５ｋｇ）÷７５ｋｇ＝３分の１
つまり、赤く囲った部分の下から３分の１、赤い矢印の部分が重心の高さだと思います。
次は、浮心について考えてみましょう。
図の様に、重さ１００ｋｇの箱があったとして、中には空気が入っています。
１００ｋｇの重さと、それに釣り合う浮力が、黄色い線で囲った水中の箱に入っている空気です。
箱の重さと水中の空気が拮抗する部分は、緑色の矢印で示す水面となります。
黄色い線で囲った水中にあるオレンジ色の丸部分が、浮力の中心である浮心です。
箱が傾くと、水中に沈む箱の部分が変わり、図の様に浮心の位置が変化します。
自分で計算した内容なので、間違いがあるかも知れません。
参考程度にお読みください
以上