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浮力実験計算機

質量2 kg、密度500 kg/m³の物体を密度1000 kg/m³の水に完全に沈めると、重さ19.62 Nに対して浮力は39.24 Nなので浮きます。質量と2つの密度から、体積、力、判定が分かります。ブラウザで無料で使えます。

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計算例

入力した場合

質量: 2
密度: 500
流体密度: 1,000
重力: 9.81

結果

物体の体積: 0.004
排除体積: 0.004
重み: 19.62
浮力: 39.24

浮力実験の計算機は、物体の質量・物体の密度・流体の密度という三つの実験室測定値を、物理の実習が実際に記録する量へ変換します。物体体積、完全に沈めたときの排除体積、浮力、真の重量、見かけの正味重量、拘束のない正味の力、そして浮くか沈むかの判定です。質量はキログラム、両方の密度はキログラム毎立方メートルで入力してください。重力を上書きしない限り、ソルバは 9.81 メートル毎秒毎秒を用います。体積は質量を物体密度で割った値です。アルキメデスの原理により、浮力は流体密度かけるその体積かける g になります。正味重量は沈めたあとの見かけの秤の読みで、真の重量から浮力を引いた値、正味の力は浮力から重量を引いた値で、上向きを正とします。試料は流体より密度が小さいと浮き、大きいと沈み、密度が一致すると中性浮力です。

浮力実験が測るものと、密度が浮沈を決める理由

実験室の浮力実験は、一見短い問いを立てます。この物体をこの液体の下へ完全に押し込めば、液体はどれだけの力を及ぼし、沈めた秤は何を示し、手を離せば物体は上昇し、宙に止まり、それとも落下するのか。アルキメデスの原理が第一の部分に答えます。

流体中に浸かった物体は、押しのけた流体の重さに等しい上向きの浮力を受けます。完全に沈めた場合、排除体積は物体の外形体積です。質量と密度が既に分かっているなら、その体積は追加の測定ではなく、質量を物体密度で割った値であり、密度は厳密に正である必要があります。

周囲流体の密度にその体積と重力加速度を掛けると浮力が得られます。真の重量は質量かける g です。試料を液体の下に完全に保ったときにばね秤が見せる見かけの正味重量は、真の重量から浮力を引いた値です。

拘束のない正味の力は逆の差、浮力から重量を引いた値で、正の値は上向きの正味の押し上げを意味します。二つの密度を比べるだけで、第二の公式なしに結果を分類できます。物体密度が流体密度より小さければ浮力は重量を上回り、正味の力は上向き、つなぎは引張になるので正味重量は負、物体は浮きます。

物体密度が大きければ試料は沈み、正味の力は下向き、正味重量は正の見かけの重量です。密度が等しければ中性浮力となり、正味の力も正味重量もゼロです。したがってこの実験に数値流体力学のメッシュは不要で、三つの有限数と明確な符号規約で実験レポート全体が復元されます。

ゼロまたは負の密度は体積を未定義または非物理にするので、Infinity や採点者が説明できない沈黙の NaN を返す代わりに入力は拒否されます。

実務上の注意、単位、限界、この実験ツールを使うとき

質量・密度・重力を公開絶対範囲内に保ち、体積と力の積がソルバの拒否すべき非有限結果へ溢れないようにしてください。グラムとセンチメートルではダインを望むなら g もセンチメートル毎秒毎秒で揃えます。本ツールは単位換算を行わず、排除体積を独立入力としても受け取りません。

ワークシートや実習が物体質量と二つの密度を与え、試料が浮くか、見かけの重量はいくらか、沈めたときの浮力はいくらかと問うときに使ってください。すでに流体密度・排除体積・g があり、F_b が rho かける V かける g だけ必要なときは、別の検索であり別の計算機です。授業では例を組にしてください。

木材二キログラム、五百キログラム毎立方メートル、水千キログラム毎立方メートルでは正味の力が正で浮き、同じ質量でより密な金属片は正の見かけの正味重量となり沈みます。本ページは浮力実験の計算機、浮沈ツール、排除体積と正味重量の実習補助を探す方向けであり、船舶静水力学パッケージでも CFD ソルバでもありません。

活用例

学校の浮力実験レポート

学習者が沈降槽で測った質量と二つの密度を入力し、排除体積・浮力・見かけの正味重量・浮沈の判定を実験レポートへ転記します。

アルキメデスの文章題の宿題検算

物体質量・物体密度・流体密度が与えられたワークシートを、決定的な沈め計算と照合できます。F_b、正味重量、正味の力、物体が浮くかどうかです。

よくある質問

浮力実験の計算機は物体が浮くかをどのように決めますか？

完全に沈めたあと密度を比較します。物体密度が流体密度より小さければ浮力が重量を上回り、floats は真です。大きければ沈みます。密度が等しければ中性浮力と報告します。

この実験での正味重量と正味の力の違いは何ですか？

正味重量は完全に沈めたときの見かけの秤の読みで、真の重量から浮力を引いた値です。正味の力は浮力から重量を引いた値で、上向きを正とします。大きさは等しく符号は逆です。

密度がゼロまたは負だとどうなりますか？

物体密度と流体密度は厳密に正である必要があり、ゼロでは体積が未定義になり、負の密度はこのモデルでは非物理です。

質量・密度・重力にはどの単位を使うべきですか？

一貫した組なら何でも構いません。SI（kg、kg/m³、m/s²）はニュートンを与えます。重力は省略時 9.81 です。ツールは単位を変換せず、与えられた数にアルキメデスの式を適用します。

結果の比重は何を表していますか？

物体の密度を流体の密度で割った値です。1より小さければ浮き、大きければ沈み、ちょうど1なら中立浮力になります。密度500と1000の例では0.5です。

開発者向け — APIアクセス

このページの機能はすべてAPIからも利用できます。自社システムに組み込みたいチーム向けのセクションです。それ以外の方は上のツールをそのままお使いください。

エンドポイント

POSThttps://api.kit.forhosting.com/phys/buoyancy-experiment

Bearerトークンで認証し、POST1回でタスクをキューに登録します。結果はWebhookまたは署名付きリンクで受け取れます。

お使いのスタックから呼び出す

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/phys/buoyancy-experiment \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"mass":2,"density":500,"fluid_density":1000}'

const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/phys/buoyancy-experiment", {
  method: "POST",
  headers: {
    "Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
    "Content-Type": "application/json"
  },
  body: JSON.stringify({
    "mass": 2,
    "density": 500,
    "fluid_density": 1000
  })
});
const { task_id } = await res.json();

import os, requests

res = requests.post(
    "https://api.kit.forhosting.com/phys/buoyancy-experiment",
    headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
    json={
    "mass": 2,
    "density": 500,
    "fluid_density": 1000
},
)
task_id = res.json()["task_id"]

<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/phys/buoyancy-experiment", false, stream_context_create([
  "http" => [
    "method"  => "POST",
    "header"  => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
    "content" => '{"mass":2,"density":500,"fluid_density":1000}',
  ],
]));
$task = json_decode($res, true);

body := bytes.NewBufferString(`{"mass":2,"density":500,"fluid_density":1000}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/phys/buoyancy-experiment", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)

リクエスト例

{
  "mass": 2,
  "density": 500,
  "fluid_density": 1000
}

レスポンス例

{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "phys.buoyancy_experiment",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

非同期APIです。task_idは即時に返ります。ポーリングは1秒あたり1リクエストまでです。

料金

1リクエストあたり$0.002

単価はすべて公開しています。トークン換算や独自クレジットはありません。失敗したタスクは課金されません。

制限

max_abs 1000000000000

エラー

HTTP	コード	意味
`401`	`unauthorized`	APIキーが無効か、指定されていません。Authorizationヘッダーを確認してください。
`402`	`insufficient_balance`	残高が不足しています。チャージ後に再度お試しください。
`404`	`unknown_type`	指定されたタスクタイプは存在しません。タイプ名を確認してください。
`429`	`rate_limited`	リクエストが多すぎます。しばらく待ってから再度お試しください。

技術的な注記

ゼロまたは負の密度は invalid_input で失敗し、ゼロ除算が Infinity になることはありません。無料のブラウザ実行と API は同じ純粋算術を共有し、成功リクエストあたり $0.002 です。

API の呼び出し方と JSON 応答の内容

質量・両方の密度・重力はいずれも厳密にゼロより大きくなければなりません。ブール値 floats は沈まないとき真で、中性浮力の場合も含みます。formula、equation、message、steps は実験ノートと自動採点向けの読みやすい代入手順です。必須の有限数三つを含む JSON 本体を送ってください。mass（別名 m、object_mass）、物体の density（別名 object_density、rho、rho_object）、fluid_density（別名 rho_fluid、fluid_rho）です。Gravity は任意（別名 g、g_accel、gravitational_acceleration）で、省略時は 9.81 です。絶対値は公開上限の一兆以内に保ち、Worker とブラウザ上の IEEE 倍精度で中間積が有限に保たれるようにします。成功時、応答は丸めた入力を返し、object_volume と displaced_volume を質量割る物体密度、weight を質量かける g、buoyant_force を流体密度かける体積かける g、net_weight を重量引く浮力、net_force を浮力引く重量に設定します。outcome は floats、sinks、neutrally_buoyant の三値ラベルです。specific_gravity は物体密度を流体密度で割った値です。欠落フィールド、非有限数、絶対限界外の値、正でない質量や重力、ゼロまたは負の密度など検証失敗は invalid_input を返し、課金されません。料金は成功リクエストごとに定額の $0.002 で、単位は item です。

実務上の注意、単位、限界、この実験ツールを使うとき

クライアントを制御できるときは整形済み文字列より JSON 数値の送信を優先し、数値文字列は厳密な有限数パターンに一致する場合のみ受け付けます。単位系は一貫させ、キログラム・キログラム毎立方メートル・メートル毎秒毎秒はどの力フィールドもニュートンになります。意図的な密度ゼロは硬い invalid_input 経路を示します。invalid_input を返す失敗タスクは前払い残高を消費しないため、学習者が意図的に負の密度を送る探索スクリプトも安く保てます。往復検算は容易で、質量を密度で割り、流体密度かける体積かける g を再計算し、公開フィールドと同じ十二桁丸めで net_force が buoyant_force 引く weight に一致することを確認できます。

連携の活用例

学生向け物理ソルバの単体テスト

既知の浮く・沈むケースと意図的な密度ゼロの拒否を、coding kata の期待値や継続的インテグレーションの fixture として生成します。

技術的な質問

浮力実験の計算機は無料ですか？

ブラウザツールは無料でローカル実行されます。API 呼び出しは成功リクエストごとに $0.002 の前払い KIT 残高を使い、失敗は課金されません。

KITの完全なドキュメントを見る →

浮力実験計算機

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計算例

浮力実験が測るものと、密度が浮沈を決める理由

実務上の注意、単位、限界、この実験ツールを使うとき

活用例

学校の浮力実験レポート

アルキメデスの文章題の宿題検算

よくある質問

関連ツール

開発者向け — APIアクセス

エンドポイント

お使いのスタックから呼び出す

リクエスト例

レスポンス例

料金

制限

エラー

技術的な注記

API の呼び出し方と JSON 応答の内容

実務上の注意、単位、限界、この実験ツールを使うとき

連携の活用例

学生向け物理ソルバの単体テスト

技術的な質問

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