流体
水中で浮く
軽いコルクが浮き上がるのを観察 — 十分な体積が沈むと浮力と重量が釣り合います。
水中で浮く — インタラクティブな流体シミュレーション。軽いコルクが浮き上がるのを観察 — 十分な体積が沈むと浮力と重量が釣り合います。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
浮力
上向きの浮力が重量と等しくなると物体は浮きます。沈んだ体積は平衡に達するまで調整されます。
アルキメデスの原理：浮力は排除された流体の重量に等しくなります。軽いコルクは、重さを支えるのに十分な体積が水面下に沈むまで浮上します。
- F_b = ρ_流体 · V_没入 · g
- 浮く: F_b = mg
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
コルクが水に浮いている。同じ大きさでより重いコルクを使うと、コルクを支える浮力はどう変化するか？
検討する予測
- 重い方の重力に釣り合うよう、浮力は大きくなる。
- 質量にかかわらず、浮力は同じである。
- コルクがより深く沈むため、浮力は小さくなる。
可変的な役割
設定するもの：
- コルクの質量 m (kg)
測定するもの：
- 水中に沈んだ割合
- 浮力 F_b (N)
実験の進め方
- fluid-float プリセットを開き、「リセット」を押す。コルクは水面に浮いている。
- コルクの浮力プローブを有効にする。
- 各試行のコルクの質量を設定し、平衡に落ち着かせてから、水中に沈んだ割合と浮力表示を記録する。
支配方程式
アルキメデスの原理 — F_b = ρ·V·g
水中にある（または浮いている）物体に働く浮力は、その物体が押しのけた流体の重さに等しい。平衡では、浮いている物体の浮力がその重さと正確に釣り合う。そのため、二つの列の値は一致するはずである。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 各試行について、g = 9.8 m/s² を用いて m·g を計算し、浮力表示と比較する。
- 物体のどれだけが水中に沈んでいるかにかかわらず、浮いている物体の浮力が常に重さに等しい理由を説明する。
実験以外での活用
- コルクに質量を加え続けると、どの時点で浮くのをやめて沈み始めるか？その時点で浮力について何が成り立つ必要があるか？
- 鋼鉄のブロックは沈むが、鋼鉄の船は浮く。アルキメデスの原理を使って、これを可能にするのは材料ではなく形である理由を説明する。
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- どちらが大きい?
- 質量を増やす
- 浮く様子を記録する
- データを開く
- 根拠を説明する
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。