水の密度 | ルラスタディ (Lura Study)

一般小学生

まとめ

水1cm³あたりの質量のことで、標準的には1.00g/cm³（4℃のとき）として計算に用いられます。
物体の密度が水の密度（1.00g/cm³）より大きいか小さいかによって、その物体が水に沈むか浮くかが決まります。
液体よりも固体（氷）の方が密度が小さいという、他の物質にはあまり見られない特異な性質を持っています。

理科密度物質の性質浮力

解説

密度とは、単位体積あたりの質量のことであり、「密度[g/cm³] = 質量[g] ÷ 体積[cm³]」という式で求められます。水の密度は温度によって変化しますが、中学・高校理科の計算問題では一般に1.00g/cm³として扱われます。

水には「4℃のときに密度が最大になる」という特徴があります。多くの物質は液体から固体に変化すると体積が減少して密度が大きくなりますが、水は水素結合の影響で、氷（固体）になると隙間の多い結晶構造を作るため、体積が増大し密度が約0.92g/cm³まで減少します。このため、氷は水に浮くという現象が起こります。また、SI単位系では1000kg/m³と表記されることもあるため、単位換算には注意が必要です。

コラム

水の密度は、物体が液体中で受ける「浮力」の計算に深く関わっています。アルキメデスの原理によれば、物体が受ける浮力は、その物体がおしのけた液体の重さに等しくなります。

例えば、空気中で重さ100g・体積10cm³の物体（密度10g/cm³）を水に入れると、水の密度より大きいため沈みます。このとき、ばねばかりが示す値は、100gから浮力分（10cm³の水の重さ＝10g）を引いた90gとなります。一方、重さ100g・体積120cm³の物体（密度約0.83g/cm³）を水に入れると、水の密度より小さいため水面に浮きます。このとき、物体が受ける浮力と重力（100g分）はつり合っています。

小学生のみなさんへ

「密度みつど」というのは、ものの「ぎっしり具合」のことです。水は、1立方りっぽうセンチメートル（1cm³）あたりの重さがちょうど1g（グラム）になるようになっています。理科の計算では、この「1g/cm³」を基準にして考えます。

ものが水に浮くか沈むかは、この水の密度みつどと比べることで決まります。水よりも密度みつどが大きい（同じ大きさでも重い）ものは沈み、水よりも密度みつどが小さい（同じ大きさでも軽い）ものは浮くというルールがあります。

ふつう、ものは冷えて固まると小さくなりますが、水はぎゃくに、氷になるとふくらんで大きくなるという不思議な性質せいしつを持っています。大きくなる分、密度みつどは小さくなるので、氷は水に浮くことができるのです。

ルラスタコラム

鉄でできた重い船がなぜ海に浮くのか知っていますか？鉄そのものは水より重いですが、船の中にはたくさんの空気の空間くうかんがあります。船全体の重さを全体の大きさでわった「全体の密度みつど」が、水の密度みつどよりも小さくなるように工夫して作られているから、大きな船でも浮くことができるのです。

記事の内容に誤りがありますか？

⚠️ 修正を提案する