執筆: 山野 健太 ／ 公開: 2026年8月27日 ／ 更新: 2026年10月4日
お風呂に入ると体がふわっと軽くなり、湯船の水位が少し上がります。実はこの2つの現象は同じことの裏表です。中学3年の理科で学ぶ「浮力」を、身近な感覚から出発して整理してみましょう。
水の中に物を沈めると、その物の体積の分だけ水が押しのけられます。このとき水は、押しのけられた水の重さと同じ大きさの力で、物体を上向きに押し返します。この上向きの力が浮力です。約2200年前にアルキメデスが発見したことから、「アルキメデスの原理」と呼ばれます。
たとえば1L（1000cm³）の物体を水中に完全に沈めると、押しのける水は1L、つまり約1kg分です。物体が何でできていようと、浮力は約1kg分の重さに相当する大きさになります。
ここから、浮くか沈むかのルールが決まります。
つまり勝負を分けるのは重さそのものではなく、同じ体積の水と比べて重いか軽いか（密度の比べ合い）なのです。
鉄は同じ体積の水の約8倍の重さがあるので、鉄の塊は必ず沈みます。それなのに、何万トンもの鉄でできたタンカーは平気で浮いています。
秘密は形にあります。船はお椀のような形をしていて、中身の大部分は空気です。船全体として押しのける水の量は、鉄の塊のときよりはるかに多くなります。「鉄＋大量の空気」というひとかたまりで見れば、同じ体積の水より軽い——だから浮くのです。
逆に、船が傷ついて中に水が入ると、「空気の部屋」が水で置き換わって押しのける水の量を稼げなくなり、船は沈みます。浮くか沈むかは、最後まで「押しのけた水との比べ合い」で決まっているわけです。
人の体の密度は水とほぼ同じなので、水中では体重のほとんどを浮力が支えてくれます。足腰への負担が小さくなるため、水中ウォーキングはリハビリ運動としても使われています。息を大きく吸うと肺がふくらんで押しのける水が増え、体が浮きやすくなるのも面白いところです。
ほとんどの物質は固体になると密度が大きくなりますが、水は例外で、氷になるとわずかに体積が増えて密度が小さくなります。だから氷は水に浮きます。冬の池が表面から凍り、氷の下で魚が生きていられるのは、この「例外」のおかげです。
潜水艦はタンクに水を出し入れして自分の重さを変え、浮力とのつり合いを調整して潜ったり浮いたりします。ペットボトルの中の小さなしょうゆ入れが、ボトルを握ると沈み、離すと浮く「浮沈子」のおもちゃも、中の空気の体積が変わることで同じ調整をしています。
浮力は特別な場所にだけ現れる力ではなく、水（や空気）の中にある物すべてが常に受けている力です。「どれだけの水を押しのけているか」——この一点に注目すれば、船も氷も潜水艦も、同じ一つの原理で説明できます。
浮力の大きさは「押しのけた液体の重さ」です。水は 1 cm³ あたり 1 g（1 L で 1 kg）なので、計算はとても簡単になります。
沈む割合 ＝ 物体の密度 ÷ 液体の密度
浮いたまま静止しているとき、浮力と重さはつり合っています。つまり「押しのけた水の重さ＝物体の重さ」となる深さまで沈んで止まる、ということです。
氷：氷の密度は約 0.92 g/cm³、水は 1.00 g/cm³ です。0.92 ÷ 1.00 ＝ 0.92 なので、氷は体積の 約 92% が水面下にあり、見えているのは 8% ほど。「氷山の一角」という言葉は、この計算どおりの意味です。
木：杉材はおよそ 0.4 g/cm³ なので、水に浮かべると 4 割ほどが沈み、6 割が水面から出ます。同じ木でも黒檀のように 1 を超えるものは沈みます。
人の体：息を吸い込んだ状態でおよそ 0.98 g/cm³ です。真水ではほとんど沈んだ状態でようやく浮きますが、塩分の濃い死海（約 1.24 g/cm³）では 0.98 ÷ 1.24 ＝ 約 0.79、つまり体積の 2 割が水面から出る計算になります。浮き輪なしで本が読める写真は、この密度差でできています。
鉄の船が浮くのも同じ式で説明できます。鉄そのものは 7.9 g/cm³ ですが、船は内部に大量の空気を抱えているため、船全体をひとつの物体として見たときの平均の密度が 1 を下回ります。だから浮きます。穴が開いて空気が水に置き換わると平均密度が 1 を超え、沈みます。
船の内部が空洞で、船全体（鉄＋中の空気）の平均の密度が水より小さくなるからです。浮力は押しのけた水の重さに等しいので、船の形で水を大量に押しのければ、鉄でも浮きます。
物体が押しのけた液体の重さで決まります（アルキメデスの原理）。深く沈めても、完全に水中にあるかぎり浮力は変わりません。
氷の密度が水より小さいためです。水はめずらしく、凍ると体積が増えて密度が下がります。だから氷は水に浮き、湖は表面から凍っていきます。
アルキメデスの原理です。水中の物体は、押しのけた水の重さと同じ大きさの浮力を上向きに受けるので、その分だけ軽くなります。約2200年前にアルキメデスが発見したことから、この名前で呼ばれます。
