水中で物体が軽く感じる理由を探ろう

このレッスンの役割

前のセクションでは、水中の物体の下面は上面より大きな水圧を受けると学びました。ここでは、水中で物体が軽く感じる体験を、その圧力差から生まれる浮力へつなげます。

ゴールは、重力と浮力を別の力として図に表し、物体が浮く・沈む・水中にとどまる条件を力の大小で考える問いを持つことです。

知る・理解する

水の中で石やペットボトルを持ち上げると、空気中より軽く感じることがあります。物体の重さそのものが消えたのではありません。水が物体へ上向きの力を及ぼしているからです。この力を浮力といいます。

沈んでいる物体にも浮力は働きます。浮力より重力の方が大きければ沈み、浮力の方が大きければ上昇します。水面で静止して浮くときは、上向きの浮力と下向きの重力がつり合っています。

具体例で使う

水中で物体に上向き3 Nの浮力、下向き5 Nの重力が働いているとします。下向きの方が2 N大きいため、他の力がなければ物体は下向きに動き始めます。

浮力5 N、重力5 Nなら、二つの力は同じ大きさで反対向きです。すでに静止していれば、そのまま静止できます。

浮力7 N、重力5 Nなら、上向きの方が2 N大きく、物体は上昇し始めます。水面へ出ると沈んでいる体積が減り、浮力も変化して、やがて重力とつり合う位置で浮きます。

誤答を直して次の学びへつなげる

「水中では物体の重さが小さくなる」は、感じ方と重力を混同しています。物体に働く重力は変わらず、上向きの浮力が加わるため、支える力が小さくてすみます。

「浮いている物体にだけ浮力が働く」も誤りです。沈んでいく石にも浮力は働きますが、重力の方が大きいため沈みます。

次は、ばねばかりを使い、空気中と水中の値の差から浮力を実際に測ります。

自分で確かめよう

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