９月の５年生クラスの実験テーマは、「浮力」でした。
水に浮く物と沈む物。その違いはいったいどこからくるのでしょうか？
今回は、そのナゾを解き明かす実験をしました。
初めに、丸太と一円玉が登場。手に持つと、丸太はずっしりと重く、一円玉は軽いです。この二つを水に入れたら、浮く？ 沈む？
「丸太は木だから、浮くんじゃないかな……」
「一円玉も……う～ん、浮きそう」
実験してみると、丸太は予想通り浮きましたが、一円玉は沈みました。
このように、浮く／沈むは、単純に“軽い”か“重い”かでは決まりません。
大きさの割に軽い（＝スカスカした）物が浮き、大きさの割に重い（＝ギュッと詰まっている）物が沈むのです。
「だったら、同じ大きさで重さを比べればいいんじゃない？」
グッド・ポイント！
実際に同じ大きさに切ったりしなくても、重さと体積がわかれば、計算で単位体積当たりの重さ（＝「密度」）を求めることができます。
そこで、さまざまな物体の重さと体積を測って、密度を出してみることにしました。
調べたのは、発泡スチロール板、ペットボトルのフタ、箸箱、ビー玉、金づち、木片、一円玉、りんご、にんじん、ジャガイモ。
それぞれを水に入れて浮く／沈むを確認すると……
意外なことに、同じプラスチックでもペットボトルのフタは浮き、箸箱は沈みました。プラスチックの種類が違うからです。
さて、物体の重さは簡単に測れますが、問題は、どうやって体積を測るかです。
直方体の形をした物は、縦・横・高さを測って掛け算で出します。小さい物は、水を少し入れたメスシリンダーに直接入れて測ることができます。
メスシリンダーに入らないリンゴや金づちはどうしたらいいでしょう？
ここは、アルキメデスの逸話にちなんで、水を満杯に入れた容器に物体を入れ、あふれた水の量を測る方法を採用しました。
物体それぞれの重さと体積を測定して密度を計算し、まとめた表をよく見ると……
「浮く物は密度が１より小さくて、沈む物は１より大きい！」
ということが発見できました。これは、水の密度が１だからです。
逆に、ある物体の密度がわかれば、水に浮くか沈むかがわかります。
試しに、消しゴムの重さと体積を測って密度を計算すると、１より大きいことがわかったので、水に沈むと予想できます。
実際に消しゴムを水に入れてみると……見事に沈みました！
ところで、物体が水に浮くのは、水から「浮力」を受けているからです。
ここで、「液体の中にある物体が受ける浮力は、物体が押しのけた液体の重さに等しい」という『アルキメデスの原理』を紹介。
浮力が液体の重さで決まるのならば、液体を重くしたら浮力は大きくなるのでしょうか？
そこで、こんな実験をしてみました。ジャガイモの密度は1.1なので水には沈みますが、密度が1.2の食塩水入れると……予想通り、ぷかぷか浮きました！
最後に、鉄でできた船がナゼ浮くのか？について考えました。
ポイントは船の形。内側に空気を包み込んで体積を大きくすることによって、大きな浮力を受けることができるのです。
箱型のあき缶を使って実験し、水中に潜った部分の体積（の水の重さ）があき缶の重さとつり合っていることを確認できました。
まだまだ暑いこの時期、水にいっぱい触れながら浮力について学んだ回でした。