浮沈子(浮力の実験) 

物体の体積変化で浮力が変わります。浮沈子(ふちんし)は水面すれすれに浮いていて、ペットボトルを外から押すことによって、浮沈子の中にある空気の体積が縮小すれば浮力が小さくなり沈みます。元に戻せば体積は元に戻り浮力は大きくなり浮きます。このため、ペットボトルの口まで水をいっぱい入れ、強くキャップを締めていないと空気が入っているので力を入れてもなかなか沈まない。

魚のしょうゆたれ瓶浮沈子

 
材料 魚のしょうゆたれ瓶 1個5M〜6Mのナット 1個 丸いペットボトル500mlまたは1000mlのもの。

作り方

 @ しょうゆたれ瓶のキャップをはずしナットをねじ込む。そうして、キャップは頭の部分を切り取り、キャップでふたをするようにネジ込む。

 A ペットボトルいっぱい水を入れる。

 B 魚を水に浮かべて、尾ひれ部分が水面にふれる高さに調節する。

 C ペットボトルに魚を入れて。しっりキャップのふたを閉める。閉めてから魚が沈んでしまったらほんの少しペットボトル押してキャップを閉めたらいい。

実験してみる

ペットボトルの側面を手で締め付ける。魚の浮沈子が沈む。手を離すと浮沈子が浮く。

  


スポンジ魚浮沈子 

材料 

  家庭用食器洗いのスポンジ(2×4×3cm)・・これで12個分は作れる。ゼムクリップ、はさみ、

作り方

 @ スポンジを魚のようにつくり尾ひれのくびれのところに小さくコイルのようにしたぜむくリップを差し込む。(作りかたでたこやくらげなどにも作れる)

 A 水を含ませ、水面にかすかに浮かぶように調整する。

 B ペットボトルに差し込んでペットボトルに水を一杯入れてキャップを閉める。

    

 

 

発泡スチロール魚浮沈子 

材料

 発泡スチロール(1×2×3.5cm) ネジ2.5cm、カッター

作り方

 @ 発泡スチロールにネジを差し込んで、カッターで薄く切り魚の形に作る。

 A ほぼできたら水の入ったプラスチックコップに浮かべ、尻尾が水面に浮く程度になるまで薄く切り調整する。

 B さらに、指で魚を軽く押して微調整する。

 C ペットボトルに差し込んでペットボトルに水を一杯入れてキャップを閉める。

 

  

 

 発泡スチロール立方体浮沈子

材料

 発泡スチロール(1.2×1.2×1.2cm)の立方体 釘4cm (釘の種類によって発泡スチロールの大きさは変わります。作成される方は、自分で適宜調整してください。)

作り方

 @ 発泡スチロールの中心に釘を差し込む。

 A 水の入ったプラスチックコップに浮かべ 指でつぶしながら水面に軽く浮かぶ程度に、浮力の調整をする。

 B ペットボトルに差し込んでペットボトルに水を一杯入れてキャップを閉める。

 

 

ストロー浮沈子

材料

ストロー(径6mm)3.5cm ゼムクリップ(普通の2.8cmのもの)2個セロテープ 

作り方

 @ ストローを3.5cmに切る。そとあと、一端をテープで穴をふさぐ。

 A ふさいでない方からゼムクリップ2本写真のように差込む。

 B ペットボトルに差し込んでペットボトルに水を一杯入れてキャップを閉める。(材料の寸法でほぼ浮力の調整ができている)

また、ちょっとした遊び心をいれるとすれば、じゃばら部分をUの字にしてゼムクリップにをさすだけの方法でしょうか。じゃばら部のストロー伸ばしたときの長さを3.7cmくらいにしてちょうど良い。(じゃばらの無い部分は1cmくらい)

 

  

  

 たれ瓶回転浮沈子

作り方

@ たれ瓶の口はナットM5を差し込んで口を溶かしてふさいでおく。

A 回転するように穴を曲面に対し平行にピンで穴を開ける。

B 針金でさらに主な重さの微調整をする。(ゼムクリップをつかった)

C コップにいれ、水を瓶の中に吸い取り、浮力の調整をする。

D ペットボトルにいっぱい水をいれってキャップを締める。

  

   

実験

押して手を勢いよく離したときにたれ瓶が回転する。 とにかく、回転のポイントはピンの穴あけ方である。 

 

水噴射と回転について 

たれ瓶がよく回転するのは、空気が押しつぶされあと、たれ瓶のの中の水が勢いよく外の水の中に出されたとき。(水をすいこむときにも回転するがごくわずか)回転するのは、水が出されたとき水の噴射された力の反作用で、たれ瓶が回転する。似たような現象を空気中で観察するならば次のよう動画になる。この噴射は水の圧力で水が細い口から噴射して回転するが、水中でも同じようにたれ瓶の中の水圧(空気の圧力で)たれ瓶の外に水が噴射している。

  

 ストロー浮沈子(ストローのスクリュー回転浮沈子)

ペットボトルとストローを使った浮沈子である。見てわかるとおり簡単に製作できる。ペットボトルの側面を手で押せばストローが回転しながら沈んでいく。また、戻るときもゆっくりであるか回転する。前にも紹介したように、ペットボトルの中の水圧で浮沈子の中の空気が押されると体積が減り浮力が少なくなり沈んでいく。回転するのは、下側のストローの折り曲げ羽根が水中を上下するときに水に当たり圧力の少ないほうに横に逸れて動くためクリューとなって回転する。

材料 ストロー、ゼムクリップ2個 はさみ、加熱してストローのポリエチレン樹脂を溶かしてストローの口を閉じられるもの。ペットボトル1l

作り方

    

@5cmくらいにストローを切る。一端のストローの口を溶かして閉じる。空気が漏れれいないか、口で吹いて確認する。(めんどうならセロテープで止めてふたをする。)

A もう一端は1.5cmくらい4等分に切る。ストローに対して直角に外に向け折り曲げる。

B ゼムクリップを2本差し込む

C コップにいれ浮力の調整をする。先端が少し水面から出る程度。

D ペットボトルに水をいっぱい入れてから、浮沈子を差し込んでキャップを閉める。

 

  


 実験 ペットボトルの側面を手で押す。なかなか沈まないようなら浮沈子の空気を少し出す。

*浮沈子の空気漏れがしないように上側をしっかり閉じていないとうまくできない。

 

 

まとめ

*スポンジ魚は割りと簡単に作成できます。また、浮力の調整をしやすい。発泡スチロール立方体も水に浮かんでいれば押しつぶして浮力の調整するだけなので簡単にできます。発泡スチロール魚は一番手間がかかるため生徒実験には不向きです。ともかく、魚の形などをつくるにはその人の器用さが必要です。そのほか発泡スチロールで作ったものは実験していると次第に浮力が無くなり浮かなくなります。(水圧で押しつぶされて形が元にもどらなくなる) 中でも最後のストロー浮沈子はとても簡単で、安く大量に作成できます。単に浮力の実験を行うならば、この方法が一番良と思います。遊び心を考えるなら、先のしょうゆたれ瓶の魚やスポンジ魚や回転浮沈子 といったところでしょう 。

 

 参考図書:科学あそびだいすき第3集 

参考図書 :青少年のための科学の祭典2005 P107

 

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