一般小学生
まとめ
- ばねはかりで支える重さと、台はかりで支える重さを合計した値のことで、物体を液体に沈める前後で常に一定に保たれる。
- 物体に働く上向きの浮力と、その反作用として液体が受ける下向きの力が等しいため、系全体の重さは保存される。
- 実験系内部で力が再分配されているだけであり、外部から力が加わらない限り、全体のつり合いは変化しない。
解説
物体を液体に沈める際、物体には上向きの浮力が働きます。このため、物体を吊るしているばねはかりの目盛り（張力）は、浮力の分だけ減少します。しかし、ニュートンの作用反作用の法則により、物体が液体から浮力を受けるとき、同時に物体は液体を同じ大きさの力で押し返しています。
この「物体が液体を押し下げる力」は、液体と容器を介して台はかりに伝わります。その結果、台はかりの目盛りは浮力と同じ分だけ増加します。ばねはかりの減少分と台はかりの増加分が相殺されるため、両者の合計である「全体の重さ」は、物体を沈める深さに関わらず常に一定となります。
小学生のみなさんへ
水の中に物を入れると、ふわふわと浮くような力がはたらいて、持っている物は軽く感じます。この力を「浮力」と呼びます。では、軽くなった分の重さはどこへ行ってしまったのでしょうか？
実は、軽くなった分の重さは、水が入っている入れ物の方にかかっています。バネばかりでつるした物が軽くなった分だけ、下の台ばかりにかかる重さが増えているのです。ですから、上のバネばかりと下の台ばかりの数字を合わせると、物を水に入れる前と入れた後で、合計の重さはまったく変わりません。
これは、水が物を押し上げる力と同じ強さで、物が水を押し返しているからです。理科の実験では、この「全体の重さは変わらない」というルールを知っておくと、計算問題がとても解きやすくなりますよ。
ルラスタコラム
お風呂に入ると自分の体が軽く感じますよね。これは水から浮力を受けているからです。でも、お風呂全体の重さをはかることができれば、あなたが湯船に浸かっても、お風呂の重さとあなたの体重を合わせた合計は変わらないのです。
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