見かけ重量(水中重量)とは?
物体が流体に沈められると、流体は物体を上向きに押し上げる「浮力」を及ぼします。その結果、物体は空気中での本来の重さよりも軽く感じられます。この軽くなった重さ——流体中につるした物体をはかりで測ったときに表示される値——を見かけ重量、または水中重量と呼びます。本ツールは特定の国に依存せず、SI単位で統一して入力すればどんな場面でも使える汎用的な物理計算ツールです。
この計算ツールの使い方
物体の質量(kg)、体積(m³)、まわりの流体の密度(kg/m³)、その場所での重力加速度(地球上では9.81 m/s²)を入力してください。計算ツールは見かけ重量をニュートン(N)で返すほか、本来の重さ、浮力、そしてはかりに表示される見かけ質量も合わせて表示します。
計算式の解説
基本となる式は $$W_{\text{見かけ}} = m \cdot g - \rho \cdot V \cdot g$$ です。第1項の \(m \cdot g\) は本来の重さ(質量にはたらく重力)を表します。第2項の \(\rho \cdot V \cdot g\) はアルキメデスの原理による浮力で、押しのけられた流体の重さに等しくなります。ここで \(\rho\) は流体の密度、\(V\) は押しのけた(水没した)体積です。本来の重さから浮力を差し引くと、正味の下向きの力、すなわち見かけ重量が求められます。
計算例
質量10 kg、体積0.005 m³の固体を、水(\(\rho = 1000 \text{ kg/m}^3\))の中に完全に沈め、\(g = 9.81 \text{ m/s}^2\) とします。本来の重さ=\(10 \times 9.81 = 98.1 \text{ N}\)。浮力=\(1000 \times 0.005 \times 9.81 = 49.05 \text{ N}\)。よって見かけ重量=\(98.1 - 49.05 = 49.05 \text{ N}\) となり、はかり上ではおよそ5 kgに相当します。
よくある質問
見かけ重量がマイナスになることはありますか? はい。浮力が本来の重さを上回ると値はマイナスになります。これは物体が浮き上がることを意味し、沈めておくには押さえつける必要があります。
どの体積を使えばよいですか? 物体の水没している部分の体積を使います。完全に沈んだ固体であれば、それは物体の全体積になります。
どんな流体でも使えますか? はい。正しい流体の密度を使ってください(例:水は約1000 kg/m³、空気は約1.2 kg/m³、水銀は約13534 kg/m³)。