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こんにちは。

今、1円玉が水に浮くことについて調べています。

浮く理由はだいたいわかったのですが・・・・

1円玉を静かに、水平に入れないと浮かない。

という理由がわからなくて困ってます>_<


どなたか分かりやすく教えていただけないでしょうか?
よろしくお願いします。

A 回答 (4件)

表面張力だけが浮く理由ではありません。


浮力と表面張力が合わさって浮いています。
表面張力だけでは一円玉の重さを支えることが出来ません。
一円玉は少し沈んだ状態で浮いています。一円玉の底面の高さと周囲の水面の高さの差に相当する水圧が底に下からかかっています。これが浮力です。
表面張力で出来た水の膜による力と合わさっています。
(1円玉は重さ1.0g、直径2.0cmです。周囲の長さは6.3cmになります。ここに表面張力が働くとしても半分ほどの重さしか支えることが出来ないのです。面積は3.14cm^2ですから底の部分が1.7mmほどの深さに沈んでいれば浮力でまかなうことができるという計算になります。)
http://www.con-pro.net/readings/water/doc0011.html

一円玉を2つ浮かべます。2つの一円玉の距離があるところまで近づくと急にくっついてしまいます。一円玉の数が多いと綺麗に整列するようになります。正三角形、正六角形を基本とする構造です。少しゆすってやるとうまく位置を変えながらくっついて行きます。面白いです。
浮いている一円玉の周りの水面は底面の周囲に接するところから周りの水の面まで曲線状に盛り上がっていきます。この接するところでの水面の傾きが変わると表面張力の上向きの成分の大きさが変わってしまいます。2つの一円玉が近付くとくぼみの部分に重なりが生じます。水面の盛り上がりが弱くなりますので表面張力の上向きの成分が小さくなり横向きの成分が大きくなります(一円玉が水平ではなくて向かい合っている側が少し沈むようになるということの結果とする方がいいかもしれません)。2つの一円玉が近付く方向に動き始めます。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました!

お礼日時:2012/08/19 19:00

> 浮く理由はだいたいわかったのですが・・・・



本当でしょうか。
浮く理由がわかるのなら、なぜ1円玉を静かに水平に入れないと浮かないかわかると思います。

とにかく、No.1の方のおっしゃるように、表面張力について調べてみて下さい。
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この回答へのお礼

ありがとうございました!もっと調べてみます。

お礼日時:2012/08/19 19:09

 水平には表面積を増やす。

静かにいれないと、周りに水滴が付いて引き込むからでは?
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この回答へのお礼

ありがとうございました!

お礼日時:2012/08/19 19:03
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この回答へのお礼

ありがとうございました!

お礼日時:2012/08/19 19:04

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一円玉をたくさん水に浮かべると自然と引き合ってくっつきます。いろいろ調べてみたんですけどなかなかよくわかりません。なぜくっつくのか教えてください。

Aベストアンサー

これはやってみると本当に面白いです。やられたことがない方は是非試してみて下さい。水面を揺らすといけません。針金の端を輪にして曲げたもの(穴の開いたスプーンのようなもの)を使うと次々と入れていくことが出来ます。私はこれを分子が次々と集まってきて結晶を作るイメージに使いました。オーバーヘッドで見せることが出来ます。1円玉は50枚ほど使いました。

あまり自信はないのですが理由を考えてみました。

あることろまで近づくとすーっとくっついてしまいます。近づくと2つの一円玉の間の水面の盛り上がりが小さくなります。3枚の1円玉の間にある三角形の部分ではこの盛り上がりの減少がはっきりしていると思います。接触点ではこの盛り上がりがなくなっていると考えていいでしょう。この盛り上がりの減少はくっつく前から起こっているはずです。引き寄せられられるのが始まるところからでしょう。
この水面の盛り上がりの減少がくっつく原因ではないかと考えています。硬貨の間で盛り上がりが減少すれば別の所で水面は少し上がっていなければいけません。硬貨は少し沈んでいることになります。

この実験をやるとき一円玉が乾いていなければ上手く行きません。一度沈んだ硬貨を使うときはよく拭いて水気を取る必要があります。1円硬貨が水をはじくのがポイントのようです。濡れの表面張力ではないのです。だから接触角は考えなくていいことになります。

表面張力は1円玉の円周に沿って働きます。水面の盛り上がりの減少が起こると表面張力の大きさは変わらないのですが方向が寝てくる事になります。上向きの成分が減りますので沈み込みが大きくなります。1円玉に働く重力は表面張力と浮力に釣り合っています。表面張力が減ると浮力が大きくならなければいけません。沈み込みが大きくなる事になります。上に「硬貨の間で盛り上がりが減少すれば別の所で水面は少し上がっていなければいけません。硬貨は少し沈んでいることになります。」と書いたことと整合性があります。

このことから言うと2枚の硬貨がくっついている場合硬貨は水平ではなく、くっついている側が少し下がっていることになります。

詳しい考察の出来る方がおられたらお願いします。

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水に浮かべた1円硬貨が自然と近づいてきてくっつくということが起こるのは距離がある値よりも近い場合です。
離れている硬貨をくっつけるような遠距離の引力がはたらいているのではありません。
具体的に言うと、引力が働くのは1円硬貨が浮いていることによって生じている水面のくぼみの範囲です。
2つの硬貨の水面のくぼみに重なりが生じると急に近づきます。
そのくぼみよりも遠いところにあれば何の変化も生じません。少し離れたところに別の硬貨が浮いていると認識することを1円玉がやることは不可能です。
1円硬貨の直径が約2cm、質量が1gです。液面のくぼみの範囲は幅が約5mmですから水面に直径3cmの円を考えればいいです。それが引力の働く範囲です。
この範囲内に1円硬貨を近づけるのは外部の力に頼る必要があります。流れを作ってやる、ゆすってやる、ストローを使って寄せてやる、・・・です。

2つの硬貨A,Bがくっついているとします。3つ目の硬貨Cがどこにくっつくかは3ツ目をどこに浮かせたかという初期条件に大きく依存します。それに外力の揺らぎの影響が重なってきます。ABCが三角形になるはずだなんてことは言えません。
3つが直線状にABCと並んでくっついているとします。ABCが三角形を作るためにはその端の硬貨Cがぐるっと位置を変えてAの方に移動しなければいけません。AとB,BとCの間には引力が働いていますがAとCの間には引力が働いていません。距離が離れています。ゆすってやれば移動が起こるかもしれません。

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※近づく理由
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※浮く理由
表面張力で浮いていると普通は表現されています。
でも水の表面張力の値を調べて計算すると1gwの重さを支えるには不足しています。
半分ぐらいしか出てこないのです。
残りの半分は硬貨の沈み込みによる浮力によるものだろうと考えられます。
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硬貨の上の面が水面と同じ高さにあれば浮力は(1/2.7)gwです。
これでは足りません。さらに厚みの半分ぐらい余分に沈んでいる必要があります。
表面張力はこういう硬貨の沈み込みを実現するためにも必要なのです。
表面張力だけが硬貨の重さを支えているのではありません。

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離れている硬貨をくっつけるような遠距離の引力がはたらいているのではありません。
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アルキメデスがお風呂に入ったときに、体が軽くなることから
浮力の原理を発見したといわれています。
http://db.gakken.co.jp/jiten/a/005730.htm

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表面張力は水滴が丸く玉のような状態になることですね。

温度との関係は実際に実験してみましょう。
氷水(0℃)、室温(25℃くらい)、オフロの水(45℃くらい)、熱いお湯(80℃くらい)

スポイトなどで1滴、ガラスみたいなつるつるした面にたらせば確認できますね。
温度計があると便利です。
実験結果を考察しましょう。

界面活性剤の入った洗剤を薄めてスポイトに取り、
水滴に加えて観察しましょう。

周りにある液体で「水滴」のようになるか確認してみましょう。
酢、牛乳、ジュース、しょうゆ、塩水、砂糖水・・・・

いろいろ実験すれば、良い自由研究が完成すると思います。


※あまり詳しく回答すると削除されますのでアドバイス程度しかできません。

Q一円玉を浮かべると集まるのは

一円玉を水に浮かべると
一円玉が集まるのはなぜですか?
離そうとしてもまた集まってきて不思議です
よろしくおねがいします!

Aベストアンサー

一円玉が水に浮く理由はご存知でしょうか。
ふつう「表面張力によって・・・」という説明がされています。
でも表面張力だけで浮いているわけではありません。
水をはじく一円玉でないとだめだという条件もあります。
これが水の膜のできる条件です。
一円玉がこの水の膜の上に乗るといくらか沈み込んでくぼみができます。一円玉が浮くのは水の膜の強度(表面張力)と沈み込みによって生じた浮力の両方によるものです。表面張力だけでは一円玉の質量1gを支えるのには不足しています。一円玉が濡れてしまうと水の膜が上に回ってしまいますからもはや浮くことはできなくなってしまいます。
イメージ的には水面にラップフィルムを浮かせて硬貨を乗せたとしたときに近いです。
(水の膜はすぐに破れます。理科年表によると1cm当たり0.735×10^-3Nです。一円硬貨の直径は2cmですから周囲の長さは6.3cmです。)

2枚の一円玉が浮いているとします。距離がある程度離れていると2つの硬貨は無関係に浮いたままです。くっつくのはある距離よりも近づいた時です。

\____/     \____/

くぼみの部分を斜線で表しました。本当は滑らかな曲線を作っています。少し離れると水平面になってしまいます。力は斜線方向に働いていると考えることができます。左右対称です。
一円玉を近づけたとします。液面のくぼみが重なり合います。間にある膜のふくらみが押さえられますから角度が変化します。

\____/\_____/
    ↑ この部分のふくらみが小さくなって角度が変わる
   
1つの一円玉についてみると左右の力が釣り合わなくなります。近づく方向に力が働くことになります。
(このことから言えば、くっついた状態では一円玉は水平から少し傾いているはずだということになります。接点の部分が少し沈んだ状態になっているだろうということですから観察で確かめることができそうですね。3つの硬貨がくっついている場合は真ん中の水面のふくらみは外のふくらみよりも弱くなっているだろうということも確かめることができるはずです。)

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ふつう「表面張力によって・・・」という説明がされています。
でも表面張力だけで浮いているわけではありません。
水をはじく一円玉でないとだめだという条件もあります。
これが水の膜のできる条件です。
一円玉がこの水の膜の上に乗るといくらか沈み込んでくぼみができます。一円玉が浮くのは水の膜の強度(表面張力)と沈み込みによって生じた浮力の両方によるものです。表面張力だけでは一円玉の質量1gを支えるのには不足しています。一円玉が濡れてしまうと水の...続きを読む

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これが表面張力のモデルです。

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宇宙船の中では水は丸い玉になります。

この力があるから水がまとまって水道から出てきて
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Q食塩水と砂糖水と浮力

夏休みの自由研究で浮力の実験をしました。
じゃがいもを浮かべようと思い、水200ccに塩を入れていくと28gでじゃがいもは浮かびました。
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水溶液の密度を考えると同じ量で浮かぶように思うのですが、なぜなんでしょう?
夏休みの自由研究が行き詰ってしまいました。
誰かわかりやすく教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

水に物質を溶かした場合、
濃度が同じであっても密度は同じではありません。かなり変わります。
分子やイオンの大きさ、形、水との馴染みやすさ、・・・で違いがでてきます。

砂糖と食塩水では同じ濃度でも密度が同じにならないということが一番大きな理由でしょう。密度を調べることでこれも自由研究の内容の1つにすることが出来そうですね。

理科年表に密度の表がありました。砂糖の値は載っていませんがどれくらいの違いがあるかのイメージを取るためにいくつかの物質を載せておきます。
濃度は10%と20%、密度の単位はg/cm^3です。
NaCl  1.07、  1.15
H2O2  1.035  1.07
HCl   1.05   1.10
NaOH  1.11   1.22
NH3   0.96   0.92
H2SO4 1.07   1.14

かなり変動しています。
ジャガイモの密度はギリギリ浮いた時の食塩水の密度と同じです。
ほぼ1.1という所でしょう。
60gの砂糖を200gの水に溶かした砂糖水の密度がやはり、ほぼ1.1としても濃度的には不自然ではありません。

念のために砂糖と塩で同じ濃度の溶液を作り体積に違いがあることを確めてみるといいでしょう。
 

水に物質を溶かした場合、
濃度が同じであっても密度は同じではありません。かなり変わります。
分子やイオンの大きさ、形、水との馴染みやすさ、・・・で違いがでてきます。

砂糖と食塩水では同じ濃度でも密度が同じにならないということが一番大きな理由でしょう。密度を調べることでこれも自由研究の内容の1つにすることが出来そうですね。

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Q水に沈むものは、油に沈む

水に沈むものでも、油に浮くものがあるのでしょうか。

Aベストアンサー

あります。

比重が1より大な油はありますし、浮くということは、1)浮力だけでなく 2)表面張力も助けになります。
何を浮かせるかによって影響が出ます。

この質問で何を知りたいのか理解できませんが、油に思い込みがあるようです。
こういう問題は状態がどういう状況にあるか、例えば圧力は・・温度は・・、二つの状態を指定したとき初めて正確な検討が可能です。


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