【理科のコツ】浮力

アルキメデスの原理？

今回は「浮力」について話していきます。浮力ですが、漢字を見て分かりますか？浮く力と書いてあります。

物体が液体中にあると、その物体を浮かせようとする力を「浮力」と呼びます。液体中と言いましたが、正確には気体中でも浮力が発生します。私たちは現在、空気中にいるので、実際には浮力を受けているのです。面白いことに、私たちはそれをあまり感じませんが、「アルキメデスの原理」という法則によって説明されます。

アルキメデスは紀元前2000年以上前に、「これをやれば浮くぞ！」という浮力の法則を発見しました。この法則は現在数式的に証明されており、基本的には液体中の物体に関連するものです。物体が液体中に浸かると、浮力によって少し浮き上がるような感覚があります。プールで泳いだ経験があると思いますが、それがどのように計測されるのか疑問に思うことがあるかもしれません。実は、それは非常に簡単なんです。

たとえば、私の体重は60キロです。もし60キロの物体を吊るすと、バネの秤は60と表示されます。これを水の中に入れてみると、バネの秤が40キロに減少したとしましょう。あれ？吊るしている物体は60キロで重いと思っていたけれど、40キロに減少しました、というような感覚です。これは物体が水中で20キロ分の浮力を受けていることを示しています。つまり、水中では、物体が空気中で計測される重さから液体中で計測される重さを引けば、浮力の大きさが分かるということです。思ったよりも簡単な話です。

このアルキメデスの原理は、液体中に浸かる物体に対する浮力の理解を提供し、物体の密度にも関連します。たとえば、氷が水中で浮く理由は何でしょうか？通常、物体は重いために下に沈むと思うかもしれませんが、実際には氷は浮力を受けています。浮力と重力がちょうど釣り合っているため、氷が浮いているのです。これが、物体が液体中でどのように振る舞うかを説明する基本的な原理です。

ぷかぷかと浮いているような図です。この浮力がどのぐらいですか？このどかした水の重さ分だけ浮力をもらえているんです。食塩水とかだったらちょっと液体が濃くなります。だから重くなります。水が10グラムだとしたら、10グラム分浮力をもらっています。だけど今の体積で海水とかの食塩の混ざった重たい液体だったら10グラムじゃなくて15グラムぐらいになります。15グラムだから、もうちょっと浮きます。だから密度もちょっと絡んできます。そういった密度も絡んだり体積とかものも絡んだり何だったら力の大きさというのも絡んだり色んなジャンルが絡んできて凄く問題に発展しやすい分野になっています。こういった複雑な所を一緒に学習していきましょう！