浮力の原理

日時：2006年6月21日
天候：快晴
温度：15℃

［目的］
実験1
　液体の密度と浮力の関係を調べる
実験2
　浮力の働く物体に多量の泡が付着するとどうなるのか調べる

［実験装置・器具］
水槽　3個
塩化ナトリウム　300グラム
小型の実装石　3体
発泡スチロール
エアポンプ　１個

［実験方法］
　実験1
　　・二つの水槽の八割程度まで水を入れる
　　・片方の水槽に塩化ナトリウムを投入し、撹拌する
　　・塩化ナトリウムが溶けた後に実装石を投入する

実験2
　　・実装石に発泡スチロールを縛り付ける
　　・水槽の八割程度まで水を入れる
　　・水槽の中にエアポンプと実装石を投入する
　　・エアポンプの電源を入れる

［測定結果］
実験1
　純水の水槽に投入した実装石は沈んだが、塩化ナトリウム水溶液に投入した実装石は浮かんだ

実験2
　最初は浮いていた実装石にエアポンプから出た泡が実装石に付着すると沈んでいった

［結論］
実験1
　浮力は物体が押し退けた体積と液体と接している面積に比例することがわかった

実験2
　泡が付着することにより物体が液体と接している面積が減少し、浮力が低下した。





2006年6月２０日
———午後８時———
公園に一人の男が現れた。
男は30代後半のスーツ姿のごく平凡な姿だった。
男は鞄から金平糖を取り出すと、辺りに撒きはじめた。
しばらくすると男の周り金平糖につられて出てきた実装石だらけになっていた。
「あんまり大きすぎると水槽に入らないから
　この中ぐらいのやつにしよう」
男は集まってきた実装石の中から20cm程度の大きさの個体を3匹選び、ベンチの上へと置いた。
「君達、飼い実装になりたくはないかい？」
飼い実装という言葉に、その場にいた全ての実装石が反応した。
男は自分のまわりでデスデスとうるさくわめく実装石を無視してベンチの上の3匹に話しかけた。
「私は大学で物理を教えているんだが、
　実験に君達の協力が必要なんだ
　もし、協力してくれるんなら、実験が終わった後に君達のことを飼おうと思っている
　どうだい？
　悪い取引じゃないとおもうんだが？」
『飼い実装になれる』
それは野良実装にとって最大のステータスシンボルであり、
永遠の夢でもあった。
3匹は迷う事無く男の提案を受け入れた。
「本当にいいんだね？」
と男が確認すると
「もちろんデス」
「飼い実装になれるんならなんでもするデス」
「そのかわり、約束は必ず守ってもらうデス」
とそれぞれが言った。

男の持つビニール袋の中には、
「デププププ
　これでワタシも飼い実装デス
　これでやっと汚い公園からオサラバできるデス」
「ニンゲンは高貴なワタシにコンペイトウとステーキとオスシを持ってくる義務があるデス
　あとは豪華な部屋を貢いでいればいいデス」
「美しいワタシを飼わせてやるんデスから、それぐらいやって当然デス」
と好き勝手に言いたいことを言う実装石の姿があった。
この実装石たちは自分がどんな実験の材料に選ばれたか知らなかった。
これから始まるであろう幸せな飼い実装を妄想するばかりで確認しなかったのだから、
当然といえば当然なのだが・・・

2006年6月21日
———午前7時30分———
男の用意した水槽の中で古いタオルに包まっていた実装石たちは
「みなさん起きてください
　あと30分で出かける時間ですよ」
という男の言葉で目が覚めた。
「デ？」
「もう朝デス？」
「いつのまに眠っちゃったデスか？」
実装石たちには昨日からの記憶が無かった。
公園で男が撒いていた金平糖には少量の睡眠薬が塗られていたことを実装石たちは知らなかった。
「昨日はビニール袋の中で眠っていたので起こさなかったんですよ
　さぁ、おなかが空いているでしょ？
　ごはんを用意したから、早く食べてしまってください」
そう言いながら男は水槽の中にパンの耳と牛乳の入ったシャーレを置いた。
「まったく、気の利かないニンゲンデス」
「高貴なワタシの睡眠を邪魔するなんて極刑に値するデス」
「もっと美味そうなものを持ってくるデス」
文句を言いながらも目の前の食事を食べ始める実装石たちは
5分もしないうちに、シャーレの中身は空にした。

———午前9時20分———
「それでは、本日の授業を開始します
　今回の授業では水理学の基本である浮力についてお話しますので、よく聞いておいてください
　実験の詳細については配布したプリントに書いてありますので、黒板を書き写す必要はありません
　実験は教壇で行いますので、見えにくい人は前の方の席へ移動してください」
生徒達が席の移動を終えると、男は実験を開始した。
「まず、比重の違う液体では浮力にどのような差が生じるのか実験します
　片方の水槽には水が、もう片方の水槽には食塩水が入っています
　水の比重を1とすると、食塩水の比重は1以上となることは、わかりますね？
　それでは、ほぼ同じ重さの実装石を入れてみましょう
　まずは水の水槽からです」
そう言うと男は一匹の実装石をつまみあげた。
「なにをするデス
　ニンゲンの分際で高貴なワタシに触れるなデス」
男は暴れる実装石を無視して、水槽の中へと放り込んだ。
「デ、おぼれるデス
　・・・はやく・・・助けるデス
　今なら・・・許して・・・やらんことも・・・無いデス」
溺れながら悪態をつく実装石
しかし、しばらくすると力尽きて沈んでいった。
「比重が1の液体では、実装石は沈んでしまいました
　では、比重の高い液体ではどうなるでしょうか？」
生徒に説明しながら、男は実装石をつまみあげた。
「馬鹿な事はやめるデス
　この手を離すデス」
男は泣きながら懇願する実装石を水槽の中へと放り込んだ。
「デシャァァァァァ!!
　しょっぱいデス
　目にしみるデス
　もうワガママは言わないから助けてくださいデス」
実装石は顔だけを水面に絶叫しながらもがいていた。
しかし、いつまでたっても顔が水面より下になることはなかった。

生徒達から驚きの声があがった。
「真水では沈んでしまった実装石が、食塩水では浮いています
　このことから、比重の重い液体では働く浮力が大きいことがわかりました
　教科書の23ページを参照していただければわかりますが、
　浮力とは物体が押し退けた液体の体積と密度を掛け算したものです
　このことから、同じ体積の場合にはよ密度の高い液体の方が浮力は大きくなります」


「それでは、次の実験に移ります
　この実験では、浮力が失われる場合を再現しますので、
　よく見ておいてください」
そう言うと男は実装石に両面テープを貼り付けた。
「まずは実装石に発泡スチロールを縛り付けます
　これは体積を大きくして、浮力を増すためです」
発泡スチロールで包まれた実装石は、
（デシャァァァァァ!!
　早くこのうっとうしいのを外すデス!）
と威嚇していたのだが、
発泡スチロールで顔が隠れている実装石の声は誰の耳にも届かなかった。
「まずはこの実装石を水面に浮かべます」
男は実装石を水面へと落とした。
（やめるデス!
　ワタシは泳げないんデス!
　高貴なワタシを殺す気デスか!!）
水面へと落とされ、最初はあせっていた実装石も自分が浮いていることに気付くと
（デ!!
　浮いてるデス！
　デププププ
　いつのまにか泳げるようになったデス
　この美しいワタシに出来ない事なんかないんデス
　自分の才能が恐ろしいデス）
と調子に乗りだした。
一人で悦に入っている実装石をよそに、男はエアポンプのスイッチを入れた。
「今は浮いていますが、
　細かい泡が付着しだしたらどうなるか、
　すぐに変化が出てくるのでしっかり見ておいてくださいね」
最初のうちは何の変化もなかったが、
実装石の下側に泡が溜まりだした時にそれは起こった。
先ほどまでは確かに浮いていた実装石が、じょじょに沈みだしたのだ。
（さっきからくすぐったいデス
　もしかしてこれが噂に聞いた泡風呂という物デスか？）
実装石がのん気なことを考えているあいだにも、沈下は着実に進行していった。
（デデ!!
　いつのまにかお口のちかくまで水が上がってきたデス！
　いったいどういうことデス
　このままでは溺れてしまうデス）
実装石が気付いた時点で、もうすでに手遅れであった。
大量の水が口の中に流れ込んできた。
（デ・・・
　苦しい・・・デス・・・
　この・・・ままで・・・は死んで・・・しま・・・う・・・デ・・・・・・）
ゴボゴボという泡の音を聞きながら、実装石は冷たい水の中へと沈んでいった。

「はい、このように浮いている物体に泡が溜まると浮力が低下してしまいました
　このことが説明できる人はいませんか？」
「・・・・・・・・・」
「誰もいないようなので説明しましょう
　先ほどの実験で、浮力は体積と密度で変化することがわかりました
　浮力は物体と液体の境に鉛直上向きに作用しますので、泡が付着した部分には浮力は働きません
　そのために、付着する泡が多くなればなるほど浮力は低下していきます
　どんどん減っていく浮力が物体を支えきれなくなった時に、その物体は沈んでしまいます」

実験と一通りの説明が終わる頃、ちょうど授業終了の時間になっていた。
「ちょうど時間になりましたので、本日の授業はここまでにしましょう
　それでは、今日の実験のデータと感想をレポートにまとめて
　来週までに提出してください」


【完】


今日のスレで浮力の話が出ていたので書いてみました。
実装石はあまり関係なくなってしまったorz

◆KizeSaPanQ