静水圧は、水平な平面に作用するときと鉛直な平面に作用するときで考え方が少し変わってきます。このページでは水平な平面に作用する静水圧について述べていきます。下図は直方体の物体が水に沈んだときを表しています。このとき、P1とP2が水平な平面に作用する静水圧となります。
このとき、物体には上下から水圧が加わるのですが、必ず下からの水圧のほうが大きくなります。また、P1とP2の力の差を浮力と呼び、浮力は必ず上向き方向に作用します。浮力は水中にいれた物体が押しのけた水の重量分が力として作用しており、このことをアルキメデスの原理と呼びます。浮力は次式により導出されます。
このとき、P0は大気圧 [N/m2]、Pzは浮力 [N/m2] です。
また、物体にかかる重量は次式によって求めることができます。
このとき、ρ'は物体の密度 [N/m3] です。
水中に浮かべた物体が沈むかどうかは浮力と物体の重量の釣り合いによって決まります。また、浮力と重量には同じ値(重力加速度g、体積V)が掛けられているため、物体の浮き沈みは水の密度より大きいか小さいか、または物体の比重が1より大きいか小さいかで決まってきます。
浮力の話を初めて聞いたとき、空き缶の中の水を調整すれば水中で静止させることができるのではないかと考えました。そして実際に実験をしてみたのですが、水中では静止しませんでした。なぜなら、水の密度が温度によって変化しており、また、空き缶を水中に入れるときに周りの水がどうしても動いてしまうからです。静止させることはピンポン玉を一本の針の上に置くぐらい難しいことなのでしょう。
まとめとして、浮力は水の密度に重力加速度と物体の体積を掛けることで求めることができます。