水中重量計算機

流体に沈めた物体には、上向きの浮力が働きます。アルキメデスの原理によると、この力は物体が押しのけた流体の重量に等しくなります。浮力は重力と反対方向に働くため、はかりや支持ケーブルが示す力は空気中より小さくなります。この小さくなった値を見かけの重量と呼びますが、物体の質量や実際の重力は変わっていません。 平均密度が一様で完全に沈んだ物体では、計算から体積を消去できます。空気中の重量は物体の密度、体積、重力加速度の積です。浮力は流体の密度、同じ排除体積、重力加速度の積です。両式の比を取ると、浮力 = 空気中の重量 × 流体の密度 ÷ 物体の密度となります。見かけの重量は、空気中の重量から浮力を引いた値です。 この計算機は完全な水没を仮定し、物体全体の平均密度を用います。密閉された中空物体では、材料の密度が水よりはるかに高くても、内部の空気を含めた平均密度は水より低いことがあります。浮力の計算には、総質量を外形によって押しのける体積で割った値を使ってください。不規則な形の物体は排除体積を直接測定し、質量が分かれば平均密度に換算できます。 物体の密度が流体より高いと、見かけの重量は正で、支えのない物体は沈もうとします。密度が等しければ浮力と重量が等しくなり、中性浮力になります。流体の密度のほうが高い場合、計算上の見かけの重量は負です。これは自然に浮き上がることを意味し、完全に沈めておくには下向きの拘束力が必要です。浮いている物体は一部だけが浸かっているため、その浸水割合を求めるには別途つり合いの計算が必要で、この完全水没の式を直接使うことはできません。 代表的な概算密度は、淡水が 1,000 kg/m³、海水が 1,025 kg/m³、多くの油が 800～900 kg/m³ です。密度は温度、塩分、圧力、空隙率、組成によって変わります。空気の浮力は通常小さいものの、精密な質量測定では重要な場合があります。表面張力、流体の動き、容器との接触、接続されたケーブルも実測値に影響します。 物理の演習、水中計量、材料比較、ダイビング用ウエイトの見積もり、初期の工学的検討に利用できます。この単純化モデルは流体力学的な揚力や抗力を含まず、安定性も評価しません。安全性が重要な吊り上げ、海洋作業、圧力システムでは、確認済みの物性値を使い、形状、動荷重、閉じ込められた気体、適切な設計余裕を考慮してください。