水の中で木が浮く理由

水の中に木を入れると浮きます。どうしてか、と考えて悩みました。
木の上面の圧力と下面の圧力の差が木の質量より大きいからだ、という事なんでしょうが、では上面の圧力と下面の圧力の差はどうやって出来るのか？
圧力というと、ミクロに見れば水の分子が木の表面にぶつかって生じる現象なのでしょう。とすると下面の圧力が高いということは、ぶつかる分子の数が多いか、分子の速度が速いか、のどちらかになるはずです。
分子の数は液体の場合、非圧縮性があるから、それほど密度が違うと思えません。分子の速度が大きく違うのであれば、水は下の方が熱いということになってしまいます。どちらにしても説明がつきません。
どう考えればいいのでしょうか？

No.4 回答者： htms42 回答日時： 2008/11/14 09:24

＃１のご回答に対する補足になります。

水があれば水圧が働きます。
１０ｍで１気圧です。これは普通１０ｍの高さの水柱の質量に相当する重さが底面にかかるという説明がされています。
１０ｍ深いところにある水の塊は余分に１気圧の圧力を受けているのですから水面にある水の塊よりは体積が小さくなっていなければいけません。ごくわずかですが小さくなっています。それでつりあっています。

理科年表で液体の圧縮率という項目を調べると
２０℃で外圧を１気圧から２気圧に増やした時、水の体積の減少の割合は０．４５×１０^(-9)であるという数値が載っています。立方体で考えると１辺の長さが０．８×１０^(-3)程度小さくなっているになります。

体積が小さくなっていますから密度は大きくなっています。
木の底面にかかる圧力が大きくなるのは衝突回数が増えるからだということになります。

力学の問題で「床（机）の上に置いた物体に働く垂直抗力」というのが出てきます。この垂直抗力の出てくる原因は変形です。ごくわずかに変形しています。バネのような大きな変形ではないので「床（机）は変形しないもの」として扱っています。でも変形しなければ垂直抗力は出てきません。固い物質は変形の小さい物質です。

水は圧力をかけても体積が小さくならない物質として扱います。体積が小さくならなければ深さによる水圧の違いが出てきません。

水の入った容器に木を浮かべると底面にかかる圧力が増加します。これを木が押さえつけたからと解釈している表現をよく見ます。でも木が浮いていても浮いていなくても深さが同じであれば圧力は同じです。木の裏側の部分の圧力が特に高くなっている訳ではありません。木を浮かべることによって水面が上昇するので容器の底面にかかる圧力が増加すると考えるのがいいと思います。

No.3 回答者： buturikyou 回答日時： 2008/11/14 09:16

重力ポテンシャルによる現象です！水分子が重力を伝達することはございません・・。

No.2 回答者： chikin_man 回答日時： 2008/11/13 21:57

＞上面の圧力と下面の圧力の差はどうやって出来るのか。

物体を水の中に置くと、そこの部位だけ均衡が取れなくなります。
そこで、水の中と物体間に圧力差（浮力）が生まれます。

＞下面の圧力が高いということは、ぶつかる分子の数が多いか、分子の
＞速度が速いか、のどちらかになるはずです。
ぶつかる分子の数は表面積（接触面積）で割ると同じです。分子の速度分布はマクスウェル分布に依存しますが、その分布は時間によらず一定になります。

＞分子の速度が大きく違うのであれば、水は下の方が熱い　
水の中では多数の分子がいろんな速度で不規則な方向に運動しているため
分子の速度は平均化され、一様に動いています。一時的に分子の速度が早いところは水の中で打ち消され、その影響は少ない、と言えます。

No.1 回答者： KitCut-100 回答日時： 2008/11/13 21:54

水の上面と下面の圧力差により木が浮きます。

その通りです。その圧力差はもちろん重力のの作用です。
さて御質問の水の圧力ですが、それをどのように考えるのか考えて見ます。
1)温度
もちろん温度は一定ですから今回の無関係です。
2) 水の非圧縮性
水は非圧縮性といわれますが、それは気体と比較した場合の話であり、
本当は圧縮性があります。 この圧縮性が圧力を発生す原因です。
水も固体もそうですが、体積弾性率いう言葉がありこれは、その液体なり
固体に全面から同一の圧力が作用した場合それだけ体積が減少するか
その割合をしまします。 体積弾性率が大きいと圧力を加えても体積の
減少はすくなくなります。 液体は気に比べて格段にこの値が大きいため
非圧縮性と表現されますが、本当は圧縮性です。

水は圧縮性であるが、その体積弾性率が大きいため、ほんの少し体積が減少するだけで、大きな圧力に当てる事ができます。 木が浮かぶ程度の圧力変化では体積はほとんど変わりませんが、 この変形に対応した圧力変化が生じます。
これが 木を浮かばせる圧力変化です。

ミクロ的に考えると、、水は液体ですが、それぞれの分子の原子間距離が存在します。（平均として） この分子間距離がほんの好くし小さくなると大きな反力発生します。 これが体積弾性率が大きいいう事です。

回答をまとめると、 水の微妙な体積変化が圧力変化を生じさせている。 という事です。