流体
沈むか浮くか
密度の大きいボールが沈むのを観察 — 重量が浮力を上回ります。
沈むか浮くか — インタラクティブな流体シミュレーション。密度の大きいボールが沈むのを観察 — 重量が浮力を上回ります。 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。
負の浮力
密度の高い物体は、その重量が流体の与えられる最大浮力を超えると沈みます。
物体の平均密度が流体より大きい場合、浮力（沈んだ際に排除される全体積に基づく）は決して重量に達しません。ボールは下向きに加速します。
- F_b = ρ_流体 · V · g
- 沈む: mg > F_b
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
金属のおもりを水に落とすと、完全に水中に沈んで底で静止する。完全に沈んだ後、おもりを重くすると沈み方は変わるか？
検討する予測
- 重いおもりはさらに沈む（100%を超える）。
- すでに完全に沈んでいる（100%）ので、質量を増やしてもこれ以上沈まない。
- 重いおもりは速く落ちるため、沈む割合は小さくなる。
可変的な役割
設定するもの：
- おもりの質量 m (kg)
測定するもの：
- 重さ mg (N)
- 水中に沈んだ割合
実験の進め方
- fluid-sink プリセットを開き、「リセット」を押す。おもりは水中を落下し、タンクの底で静止する。
- おもりの水中に沈んだ割合のプローブを有効にする。
- 各試行のおもりの質量を設定し、落ち着かせてから、水中に沈んだ割合を記録する。
支配方程式
アルキメデスの原理（最大値の場合） — F_b = ρ·V·g
物体が受けられる最大の浮力は ρ·g·V_full、つまり完全に水中に沈んだ場合に押しのける流体の重さである。物体の重さがこの上限を超えると、物体は沈んで完全に水中に留まる。全体積をすでに押しのけているため、質量を増やしてもこれ以上沈まない。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 半径（0.4 m）からおもりの全体積を計算し、水の密度 1000 kg/m³ を用いて最大浮力 ρ·g·V_full を求める。各試行の重さと比較する。
- 重さが最大浮力を超えると、おもりがどれだけ重くなっても水中に沈んだ割合が 1.0（100%）で上限になる理由を説明する。
実験以外での活用
- このおもりの最大浮力は約 24.6 N であり、約 2.5 kg 未満の質量なら浮く。これを fluid-float 実験と比較し、物体が浮くか沈むかを決めるものは何か説明する。
- 海水は淡水より密度が大きい。淡水で完全に沈むおもりは、海水でも必ず完全に沈むか？浮力の式を使って説明する。
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- 浮力（沈む）へようこそ
- 沈むボールを選択
- 再生
- 沈んでいく
- インスペクターを開く
- 完了です！
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。