水に沈むと浮力が身体に働き、体が軽くなります。
液体に完全に沈んだことがありますか?あなたが水泳を楽しむ人なら、その答えは明らかなはずです.興味深いことに、そのような経験は一度もなかったと主張する人もいます。それらは間違っています…しかし、それについては少し後で説明します。
ただし、オブジェクトが水中で軽く感じるのは一般的な観察です。この感覚に慣れていない場合は、手をバケツの水に浸して、自分で感じてみてください。
水中で体が軽く感じるのはなぜですか？ (写真提供:素晴らしい自然/Shutterstock)
重量とはどういう意味ですか?
体重は単なる体重計の数値ではありません。これは、重力が質量を引き付ける強さの尺度です。
重量 (写真提供:Suki Leung/Shutterstock)
私たちは皆、月面にいる人々が地面から高くジャンプしたり、大きな岩を楽に蹴ったりする映画を見てきました。これは、質量が一定であっても、重量の値が変化する可能性があることを明確に示しています。ここで、重力定数の値が変化するため、体重が変化します。
ただし、月での水泳について話しているわけではありません。月で軽く感じるのと同じ理由で、水中では軽く感じません。
体が水に沈むと重力に逆らう力が働き、体が軽く感じられます。浮力は、重力に逆らって作用するこの上向きの力です。
あなたが浮力にどれだけ精通しているかに関係なく、科学者が「ユーレカ！」と叫びながらギリシャの通りを全裸で全力疾走したという話を聞いたことがあるかもしれません。物語の中心にあるのは、アルキメデスの原理として知られる科学原理です。
アルキメデスの原理の話
アルキメデスの原理の起源は、金細工師に金の王冠を依頼した古代の支配者の話にあります。金細工師は王の命令に従って王冠を作りましたが、王は王冠に使われている金の純度に疑いを持っていました。当時、そのような純度を確認する方法はありませんでした.
したがって、王は地元の科学者アルキメデスに、王冠を傷つけることなく問題を解決するように命じました。
アルキメデス (写真提供:German Vizulis/Shutterstock)
アルキメデスはこの問題について熟考することにしましたが、後で入浴しようとしたとき、浴槽に入ったときに水がこぼれていることに気付きました。この水の量は、彼の水中の体積に比例しているように見えました.
科学者は、この知識を使用して、王冠を同じ重さの金と比較できると考えました。したがって、彼は金が本当に純粋であるかどうかを知ることができました.
物語が進むにつれて、彼は自分自身の啓示に圧倒され、「エウレカ！」と叫びながら、通りを裸で王に向かって走りました。その話がどれほど事実に基づいているかはわかりませんが、原則は依然として有効です.
浮力と見かけの重量
アルキメデスの原理では、部分的または完全に水没した物体にかかる上向きの浮力は、物体によって押しのけられた液体の重量に等しいと述べています。数学的には、これは密度、押しのけられた流体の体積、および重力定数の値の積です。
浮力 (写真提供:Designua/Shutterstock)
しかし、もう 1 つ疑問が残ります。なぜ上向きの力が存在するのでしょうか。何が原因ですか?
それを理解するために、流体静力学について少し掘り下げてみましょう。流体の圧力は、深さによって直線的に変化します。これは、水没した物体の上部に作用する圧力が、実際には物体の底に作用する圧力よりも小さいことを意味します。したがって、力は不均衡になり、上向きに作用する正味の力が得られます.
見かけの重さ
これで、元のジレンマを理解するのに十分な定理、方程式、さらには下品な話を提示しました。物体が液体の中に沈んでいるとき、浮力はおもりとは反対の方向に働きます。私たちが感じるのは、これら 2 つの力の合力です。これは、実際の重量から浮力を差し引いたものであり、見かけの重量に等しくなります。
見かけの重さ - 対象物がさらに水没するにつれて、スケールに表示される重さが減少します。 (写真提供:Fouad A. Saad/Shutterstock)
見かけの重さの概念は、自分がすでに空気の海に溺れていると考えると、さらに興味深いものになります。これも流体です。あなたが毎分感じる重さも見かけ上の重さです。これで、液体に完全に沈んだかどうかを誰かに尋ねられた場合の答えがわかります。
浮力は、物が水に浮く理由でもあります。これが、船に乗って安全に海を渡る方法です。
船が浮く様子。 (写真提供:udaix/Shutterstock)
もう 1 つの興味深い点は、密度によって浮力が変化することです。水銀のような液体では、物は水よりもさらに軽くなります。浮力のおかげで、熱気球に乗って目を見張るような体験もできます。
熱気球です。 (写真提供:ビジネス ストック/Shutterstock)
水中の物体の浮力と見かけの重量にさまざまな要因がどのように影響するかを示す、この興味深いシミュレーションを試してみてください。
結論
何かを浸した後に水をこぼすなど、ごくわずかな観察でも、重要な結論につながる可能性があります。この記事にたどり着いた疑問が頭に浮かんだとき、あなたはプールでのんびりと泳いでいたかもしれません。そしてここで、浮力と見た目の体重のおかげで、水中で軽く感じることがわかりました.
ここから別の教訓を学ぶこともできます。入浴中に何かを発見した場合は、走る前に服を着て友達に話すことを忘れないようにしてください。恥ずかしさが歴史に永遠に刻まれないように!
