水圧:水の重さにより、水中で働く圧力で、水の深さに比例する。
まずは水圧の定義です。大事なことは 水の深さに比例する です。基本的にはこの水圧の定義で説明していきます。
①浮力が深さによらず一定なのはなぜですか?
図を使って説明します。右図のような立方体の箱を考えてみましょう。
矢印が浮力を表しています。矢印の大きさが下のほうにいくにつれて大きくなっていますね。これは、水の深さに比例しているからです。
さて、私たちが水の中に入っている時に感じる浮力とは
(下の矢印の大きさ)と(上の矢印の大きさ)の差 です!
つまり、この立方体が下に移動したとしても、下の矢印と上の矢印は同じ分だけ大きくなるので、その差は一定なのです。
②浮力が上下の水圧の差であることは分かりました。ということは海面から1m潜るのと水深200mから1m潜るのは同じ力で潜れますか?
はい。その通りです。潜るのは同じ力です。ただし、ここで問題なのは
水深200mで体中が圧迫されているということです。先ほどの図の左右部分を見れば分かるように、水深が深くなればなるほど水圧が大きくなります。
ここでボロボロの洗濯バサミと新品の洗濯バサミを比較してみましょう。
ボロボロの洗濯バサミで指を挟んでも痛くないですよね?これが、海面付近の状況です。
しかし、新品の洗濯バサミで指を挟むととっても痛いですよね?これが水深200mの状況です。
つまり、力は釣りあっていても、一つ一つの力が大きければ痛みを感じます!!!
同じ力で潜れますが、体が周りの水圧によって圧迫されるので、水深200mのほうがつらいでしょうね。
③浮力を大きくして自作の船を浮かしたいのですが、どうすればいいですか?
船の構造は実に沈んでいる部分は外は金属ですが、中は空洞になっています。
浮き輪を考えてみましょう。中は空気、つまり空洞なので浮き輪は浮きます。
したがって、船を自分で作るときは水に沈む部分の空洞を大きくすることが大切です。
今回はちゃんと説明できませんが、実は 浮力は水中に含まれる体積に比例します。
いかがでしたか? 浮力と水圧は理解できたでしょうか? 身近な現象を実際に見てみることで理解は進みます。実際に水の中に空のペットボトルを入れてみて、浮力を実感してくださいね。
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