ばねばかりで浮力を測り条件を調べよう

このレッスンの役割

前のレッスンで、水中の物体には上向きの浮力が働くと学びました。ここでは、空気中と水中のばねばかりの値を比べ、浮力を数値で求めます。

ゴールは、沈める体積と深さを別々に変える実験を設計し、どの条件が浮力へ影響するかを正しく判断できることです。

知る・理解する

物体をばねばかりにつるしたとき、空気中の値は物体の重さを表します。水中では、水が物体を上向きに押すため、ばねばかりが支える力は小さくなります。

浮力 = 空気中のばねばかりの値 − 水中のばねばかりの値

物体は水中で完全に沈めますが、容器の底や側面へ触れないようにします。触れると容器からも力を受け、ばねばかりの値だけでは浮力を求められません。

具体例で使う

まず、円柱を少しずつ水へ沈め、沈んだ体積を増やします。水中へ入る体積が大きくなるほど、ばねばかりの値が小さくなれば、浮力は大きくなったと分かります。

次に、円柱全体を水中へ完全に沈めたまま、浅い位置と深い位置で測ります。物体の向きと沈んだ体積をそろえ、深さだけを変えます。値がほぼ同じなら、完全に沈んだ後は、同じ水中で深さだけを変えても浮力はほぼ変わらないと判断できます。

実験では、水の種類、物体、ばねばかり、水温などもそろえます。

誤答を直して次の学びへつなげる

水中のばねばかりの値を、そのまま浮力とするのは誤りです。その値は糸やばねばかりが上向きに支える力です。浮力は空気中との差から求めます。

深さと沈めた体積を同時に変えると、どちらが浮力へ影響したか分かりません。まず体積だけ、次に完全に沈めた状態で深さだけを変えます。

次は、物体の下面と上面の水圧差から、浮力が上向きになる仕組みを説明します。

自分で確かめよう

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。