NHK高校講座

重力と反対の向きに 物体にはたらく上向きの力を「浮力」といいます。
水に浮いている状態では、物体にはたらく重力と浮力はつりあっています。
たとえば気球など、空気中でも重力と浮力がつりあえば、浮いています。
先ほど、ピンポン玉が落ちてしまったのは、浮力が重力よりも小さかったためです。

この浮力の性質を使えば、モノの質量が分かります。

実際に、ジャガイモを量って確かめてみました。
水に浮かべたビーカーにジャガイモを入れると、ビーカーは沈みます。
そのとき沈む深さは、載せるモノの重さによって決まります。

今回は、５００円玉を使い、ジャガイモの質量を調べてみました。

まずは、ビーカーを水槽に沈め、水面の位置に黒いテープで印をつけます。
次に、ジャガイモをビーカーに入れて、沈んだところに赤いテープを貼ります。

そして、ジャガイモを載せていない状態で、ビーカーが赤いテープまで沈むようにおもりを入れていきます。
そして、そのおもりの重さを量れば、ジャガイモの質量がわかります。
今回使ったのは、１枚約７ｇの５００円玉です。

里奈ちゃんが５００円玉をビーカーに入れていきます。
２０枚目を入れたところで、赤いテープのところまでビーカーが沈みました。
この結果から、ジャガイモの重さは１４０ｇだと考えられます。

実際にはかりを使い、ジャガイモの重さを量ってみると、ほぼ１４０ｇでした。
このように、浮力を使えば、質量の測定ができます。


藤本　「この原理を使い、巨大な象の体重を量ることにしました。どのようにすれば、量ることができるのでしょうか。」

二千翔　「プールに浮かべた。」

彩加　「１枚７ｇの５００円玉では大変なので、お米などを使って量った。」

田畑　「では、実際にどうやって量ったのか、大規模な実験の様子を見てみましょう。」

象が乗る前の水面の位置に黒い印をつけました。
象使いによって象がいかだに乗ると、いかだは沈み始めましたが、それでも十分に浮いています。

沈んだ位置に、赤いテープを貼ります。
象をいかだから降ろすと、最初の黒いテープの位置までいかだが浮きました。
この赤いテープまで沈むようにおもりをのせて、そのおもりを量れば、象の体重が分かります。
では、何をおもりに使ったのでしょうか。

今回、おもりに使ったのは大勢の「人」です。
人がいかだに乗って、その体重を合計することで、象の体重を量ることにしたのです。

人が次々といかだに乗っていきます。
赤いテープと大体同じ位置になったとき、いかだに乗った人数は５４人でした。

いかだに乗った５４人の体重を１人ずつ量り、足していきます。
そして、最後に象使いの人の体重、４８ｋｇを引きます。
合計すると、３２９５ｋｇでした。

次に、はかりを使って象の体重を確かめてみると、３２６３ｋｇでした。
いかだで量ったときとの誤差は、約１％と、ほぼ正確な値でした。
浮力の原理を使い、人をおもりにすることで、象の体重を量ることができました。

ここで、ガリレオ先生こと、川村康文先生（東京理科大学教授）に浮力について詳しく解説していただきます。

水中で浮くモノと沈むモノの違いを、普段からよく食べている野菜を使って実験してみます。

まずは、かぼちゃとにんじんで確かめてみます。
これらの野菜は水に浮くでしょうか。それとも、沈むでしょうか。

はかりでそれぞれの質量を量ります。
かぼちゃの質量は、約１．６ｋｇ、にんじんは約１７０ｇでした。


彩加　「私は、軽いモノが浮いて、重いモノが沈むと思います。かぼちゃは、重すぎるかな。」

実際に水に入れると、かぼちゃは水に浮き、にんじんは沈みました。


川村先生　「質量が大きいモノでも浮きますし、質量が小さいモノでも沈みます。つまり、浮く・沈むというのは質量だけで決まるというわけではないんです。」


「浮く」・「沈む」には密度が関係しています。
質量を体積で割った値のことを密度といいます。
水の密度は約１ｇ／ｃｍ^３（４℃）、かぼちゃの密度は約０．９ｇ／ｃｍ^３です。
かぼちゃの方が水よりも０．１ｇ／ｃｍ^３密度が小さいのです。

わずかこれだけの差でも、水に浮くことができます。
反対に水よりも密度が大きいと沈みます。

最後に、いろいろな果物が、それぞれ水に浮くか、沈むかを実験しました。

梨・リンゴ・ぶどう・キウイ・バナナのうち、すぐに沈んだのはぶどうとキウイでした。
梨は番組が終わるまでに、浮くのか沈むのか分かりませんでした。
果たして、梨は浮くのでしょうか、沈むのでしょうか。


それでは、次回もお楽しみに〜！