水圧-円筒を支える力-

 ALL モード 
【図1】

一端を閉じた質量$M$,断面積$S$の円筒を,内部に少し空気が残るように水中に入れ,底面を上にして静かに手を離すと,図のように,円筒中の水面が外部の水面より少し下がった状態で,鉛直に静止した。
外部の大気圧を$P_{0}$,水の密度を${\rho}$,重力加速度の大きさを$g$とする。
円筒は熱を通さず,円筒の厚さは無視できるものとする。また,円筒内部の空気は,常に水温と同じ温度であるとし,その質量はMに比べて十分小さく無視できるものとする。
【図2】

図2のように円筒を鉛直に保ったまま引き上げると,円筒内の水面は外部の水面から$h$の高さまで上がった。
このとき,手が円筒を上向きに支えている力の大きさを表す式として正しいものを,下のうちから一つ選べ。
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