1辺 10 cm = 0.10 m の立方体が水に浮かび、体積の半分が水面下に沈んでいます。
水面下の体積を求めます:
$$ V_{\text{水面下}} = 0.10 \times 0.10 \times 0.050 = 5.0 \times 10^{-4}\;\text{m}^3 $$浮力はこの体積分の水の重さです:
$$ F = \rho_{\text{水}} V_{\text{水面下}} g = 1000 \times 5.0 \times 10^{-4} \times 9.8 = 4.9\;\text{N} $$浮いている物体は浮力と重力がつりあっているので:
$$ mg = F = 4.9\;\text{N} $$ $$ m = \frac{F}{g} = \frac{4.9}{9.8} = 0.50\;\text{kg} $$浮力 = 重力のつりあい:
$$ \rho_{\text{水}} V_{\text{水面下}} g = \rho_{\text{物}} V_{\text{全体}} g $$体積の半分が沈んでいるので \(V_{\text{水面下}} = \frac{1}{2} V_{\text{全体}}\):
$$ \rho_{\text{水}} \times \frac{1}{2} V_{\text{全体}} = \rho_{\text{物}} \times V_{\text{全体}} $$ $$ \rho_{\text{物}} = \frac{\rho_{\text{水}}}{2} = \frac{1000}{2} = 500\;\text{kg/m}^3 $$よって質量は:
$$ m = \rho_{\text{物}} V = 500 \times (0.10)^3 = 500 \times 10^{-3} = 0.50\;\text{kg} $$沈む割合のスライダーを変えて、密度と質量の関係を確認しましょう。50% → 密度 500 kg/m³ です。
浮いている物体では浮力 = 重力です。水面下の体積比 \(\dfrac{V_{\text{水面下}}}{V_{\text{全体}}} = \dfrac{\rho_{\text{物}}}{\rho_{\text{水}}}\) が物体の密度と水の密度の比に等しくなります。半分沈む → 密度は水の半分 → 500 kg/m³ と一発で求められます。