やさしい科学しんぶん  No.63(2013.3)

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見えない力  浮力

   お風呂に入ったとき、プールで遊んでいるとき、自分の体が軽くなった感じがしませんか?それは「浮力(ふりょく)」という見えない力が、体にはたらいているからです。鉄でできた船が沈まないのもこの浮力のおかげ。今回は浮力について調べてみましょう!

■エウレカ!エウレカ!浮力の発見!

   今から約2300年前、古代ギリシャの学者であったアルキメデスは、町の共同風呂に入っているときに、浮力の原理を発見します。アルキメデスは、湯船に入ってあふれ出たお湯を見て、水の中に入れた物体は、おしのけた水と同じ分だけおし上げようとする力がはたらくということに気づきます。このおし上げようとする力が浮力です。アルキメデスは、この発見を大喜びし「エウレカ(わかったぞ)!」とさけびながら、すっ裸(ぱだか)で家まで帰ったというエピソードを残しています。
   このアルキメデスの発見は、「アルキメデスの原理」とよばれ、現在でも船の浮力の計算などに使われ、役立てられています。


世界の科学者たちがどのようにひらめいて、どのように実験してきたのか。歴史に名を残す科学者たちのものがたりです。
『天才たちの発明・実験のおはなし』 監修/米村でんじろう 出版/PHP研究所 2012年 請求記号402

■鉄の船はなぜ沈まないの?浮力のパワー!

   昔の船は、水に浮く木材でできていましたが、現在のほとんどの船は鉄でできています。重くかたい鉄でできた船は、どうして沈まないで浮いているのでしょうか?
   ここで先ほどのアルキメデスの原理の登場です。船を海に浮かべるとき、船の重さで一部が沈みます。沈んだ部分と同じ体積分の水がおしのけられ、同じ分だけ船をおし上げようとする力、浮力がはたらきます。この浮力と船の重さがつり合うと、船は浮くことができます。
   船は、鉄をうすくのばし、中を空洞(くうどう)にして作られています。これは、大きな浮力を得るための工夫で、船に荷物や乗客を乗せても沈まないように、考えられて作られています。


小学生の男の子が、船の歴史、しくみ、ボートレーサーについて調べていくお話です。
『船・ボートのひみつ(学研まんがでよくわかるシリーズ 64)』 漫画/たまだまさお 出版/学研パブリッシング 2012年 請求記号556

■空気より軽くして、大空へ!

   浮力がはたらくのは、水の中だけではありません。アルキメデスの原理は、空気のような気体でも当てはまり、空気中でも浮力は生まれます。
   身近なものでヘリウムガスが入った風船は、手をはなすと飛んでいってしまいます。ヘリウムガスの重さは、空気を1とするとヘリウムガスは0.14、約7分の1の重さで、とても軽い気体です。ヘリウムガスの入った風船は、押しのけた空気の重さが小さいと浮力を得て飛んでいきます。飛行船は、この風船のしくみを大きくしたものです。
   また、空気より軽くして浮くものには、熱気球(ねつききゅう)もあります。あたたかい空気は、冷たい空気よりも軽いので、熱気球は中にあたたかい空気を送りこんで浮かびます。高度(こうど)を下げるときは、熱気球のてっぺんにあたためた空気を出す穴があるので、調節しながら下りてきます。


「力」と言われて思い浮かべるものはなんでしょうか。押す?引く?この本には、おどろくほどたくさんの力がのっています。力学の第一歩に!
『力の事典 動きのひみつをさぐる』 著/大井喜久夫他 出版/岩崎書店 2012年 請求記号423

■水の中を自由自在!魚は浮力の達人!

   水の中でくらしている多くの魚には、体内に空気をためる「うきぶくろ」という器官(きかん)があり、うきぶくろの中の空気を調節して、浮いたり沈んだりしながら泳いでいます。しかし、魚類最大のサメには、他の魚とちがい、うきぶくろがないので、浮力をあやつることができず、つねに泳ぎつづけています。


魚とエビのふしぎな関係や、貝の住まいなど、魚・貝のふしぎな生態がわかります。
『魚・貝の生態図鑑(大自然のふしぎ 増補改訂)』 編・出版/学研教育出版 2011年 請求記号487

■海に浮かぶ巨大な氷  氷山

   北極・南極などの寒いところの海には、氷山が浮いています。氷山は、小さいものから船の大きさをこえるものまで様々です。
   水は凍(こお)ると体積(たいせき)が増え、密度(みつど)が小さくなるので、氷のほうが水よりも軽くなり浮きます。また、氷の体積分の水の重さが浮力としてはたらくので、コップの中で浮く氷も、海に浮かぶ氷山も、浮いている原理は同じです。


北極と南極のくらし方、生き物、自然現象など、北極・南極がよくわかる1冊!
『北極と南極(100の知識 第4期)』 著/スティーヴ・パーカー 出版/文研出版 2011年 請求記号402

■地震でおこる浮力の現象

   東日本(ひがしにほん)大震災(だいしんさい)では、多くの被害(ひがい)がありました。中にはニュースなどで地面がさけて水があふれだし、マンホールが浮き上がる映像を見た人もいるのではないでしょうか。これは、海の埋め立てや、昔は田んぼだったなどの、水分を多く含んだ土地で起こる「液状化(えきじょうか)現象(げんしょう)」というものです。地震の強い揺れで、砂の粒の結びつきが弱まり、固体だった地盤(じばん)が液体のようになります。液体のようになってしまった地盤は、建物など重いものを支えることができず、沈んでかたむいたりします。もう一方では、地中にあるマンホールや配管などは、中が空洞で浮力を得やすく、地面から浮き上がってきます。


地震大国日本。忘れたころにやってくる地震に備えて、地震のしくみから、防災についてよくわかる本です。家で簡単にできる液状化現象の実験もあります。
『地震の大研究 恐ろしい自然現象』 著/大木聖子 出版/PHP研究所 2009年 請求記号453

■科学実験教室を開催!子どもたちが浮力の実験をしました

   川崎図書館では、定期的に小学生を対象とした科学実験教室を開催しています。2月に「水の中で浮いたり沈んだりするふしぎな金魚を作ろう!」と題した教室を開催。今回の教室は、お弁当などに入っている金魚型のしょうゆ入れを使って、「浮沈子(ふちんし)」というおもちゃを工作しました。
   浮力を利用したこのおもちゃは、水が入ったペットボトルに浮沈子を入れ、ペットボトルを押すと浮沈子は沈み、手をはなすと浮かびます。
   浮沈子にはおもりがついていますが、中に空気があるので浮いています。ペットボトルを押すと、その力はペットボトルの中の水に伝わり、浮沈子の中の空気が押しちぢめられます。空気がちぢまると浮力が弱くなるので、浮沈子は沈みます。手をはなすと、浮沈子の中の空気がもとにもどり、浮かびます。
   子供たちは、金魚型の浮沈子のほかに、回転する浮沈子も工作し、自分たちで作った浮沈子で楽しく遊び、浮力について学びました。


浮沈子の他に、かんたんにできる実験がもりだくさん。ぜひチャレンジしてみてね!
『科学の実験(ジュニア学研の図鑑)』 編・出版/学習研究社 2009年 請求記号407


   今回は、浮力について調べてきました。浮力の他にも、重力・圧力・遠心力・まさつ力など、たくさんの力があります。力は、私たちが生活していく中でとても必要なものです。くらしの中で、どのような力があるのかは、みなさんで調べてみてください。では、また次号!