質問: 床の上に水が入った容器を置きます。 そのなかに糸で吊るした、ボールを入れた時静止しました。その時の容 床の上に水が入った容器を置きます。 そのなかに糸で吊るした、ボールを入れた時静止しました。その時の容器が床から受ける垂直抗力を出せ、という問題があるのですが。考え方として、水と容器をひとつの物体とみなして、垂直抗力=ボールの浮力の反作用+ボールと容器の重力という式が書いてあったのですが、これはこの2つをひとつの物体とみなした時に動いていないから、鉛直方向のつりあいの式がかけたという認識であっていますか? もしそうならボールも含めた3つをひとつの物体として考えることもできますか?
回答: 物体(水+容器)に働く力を考えるときは 1重力、 2水+容器に接しているものから働く力(今回は接しているものはボールと床) 3磁力などの離れていても働く力(今回は該当なし) の順で1~3を確認するともれなく力の把握ができます ということで、今回は水+容器に働く力は 容器+水に働く力は重力と、床から働く垂直抗力、ボールから働く浮力の反作用です 水+容器は静止なのでこれら3力は釣り合っていますから 上向きの力=下向きの力 というつり合いの式が立てられます すなわち 垂直抗力=(水+容器に働く重力)+(浮力の反作用) です。 質問の式の末尾は「ボールと容器の重力」となっていますが ボールではなく水ではありませんか? また、力はこのような扱い方になりますがあなたの認識はこれと同じになっていましたか? 次にボールも含めて三位一体とできるかどうかですが・・・これは不可です というのも、ボールはひもで吊るされているので ひもを引っ張る力のさじ加減で浮力が変わる⇔浮力の反作用が変わる⇔垂直抗力が変わる なので3つひとまとめというわけにはいかないのです (極端な例が 糸を引っ張る力のさじ加減をして浮力0となる場合です 浮力0ですからボールは完全に水から離れていることになります) もし仮に、支柱にひもをつけてボールをつるし、支柱の多端を容器の底に立てるというなら 浮力が減ればその分支柱が容器の底を押す力が増加 浮力が増えればその分支柱が容器の底を押す力が減少 浮力のかかり方が変わってもトータルで 支柱+ボールが 水+容器に加える下向きの力は一定なので この場合は ボール+支柱+水+容器が一体みることもできます