『 速さの公式は使えるように ５ 』
○ 密度の違い により
次の [ ] に適切な語句・式などを入れてください。
水は、1 cm³ で、約 1 ｇ だから、その[密度] は、約 1 ｇ/ cm³ である。
水を冷凍庫で凍らせて氷にする。
このとき、
製氷容器に入れた水の量と
それを凍らせてできた氷の量を
比べると氷の方が[多い]。
つまり、水を凍らせて氷にすると、[体積]が増える。
よって、
水を凍らせて氷にすると、
すなわち、水を液体から固体にすると、密度は、[小さく]なる。
ゆえに、氷は、水に浮く。
氷は、その約10分の1 を水上に、約10分の9 を水中にある状態で、水に浮く。
例えば、
１辺 10 cm の立方体の形をした氷は、水上に約 1 cm、水中に約 9 cm ある状態で浮く。
ただし、このとき水上にある立方体の上面は、水面と平行であるとする。
以上の情報 ( 水の[密度]、氷の[体積]とその水中部分の[体積] )
から、
この氷の密度
と
この氷が水から受ける力 ( [浮力] という ) の大きさ
を
求めてみる。
【 物理の力について 】
重力 ： 地球上の物体を地球に引きつけようとする力。
よって、地球上に存在する私たち人間も含めて全ての物に、重力という力が常に働いている。
重量 ： 重さ。 ・ はかりにかけて測ったときの重さ。目方。
・ 物体に働く重力の大きさ。質量 と 重力加速度との[積]。
重力の単位 ｇ 重 や ｋｇ 重 (中学) 、 ｋｇ ・ m/s² (高校)
氷が浮いた状態で静止しているから、
氷に働いている鉛直方向 下向きの重力 と 上向きの浮力が[つり合っている] 。
氷の水中部分の体積は、[底面積]×[高さ] より、10 × 10 × 9 を計算して、約 900 cm³ 。
この分の氷によって、
押しのけられた水に働く重力が、氷への浮力と等しくなる。
氷に押しのけられた水の質量は、密度と体積の[積]より、1 × 900 を計算して、約 900 ｇ 。
氷に押しのけられた水に働く重力は、質量と重力加速度の[積]より、約 900 [ ｇ 重 ] 。
よって、氷に働く浮力は、約 900 [ ｇ 重 ] 。
これと氷に働く重力が[つり合っている]から、
氷に働く重力は、約 900 [ ｇ 重 ] 。
ゆえに、氷の質量は、約 900 ｇ 。
底面積×高さより、氷の体積 [ 1000 ] cm³ 。
この氷の密度は、質量を[分子]に 体積を分母にして、[ 900 / 1000 ] より、
約 0,9 [ ｇ/cm³ ] である。
○ 次の [ ] に適切な語句・式などを入れて、次の問いに答えてください。
１辺 10 cm の立方体の木片がある。その[ ] は、0,7 [ ] であるとする。
この木片を十分に水をいれた水そうに入れると、[ ] 。
その静止状態で、木片は水上に何cm 出ているか求めなさい。
また、木片に働く重力と浮力を求めなさい。
ただし、立方体の上面が、水面に平行で浮いた。
水の密度を 1 [ ] とする。
次回 『 速さの公式は使えるように ６ 』 につづきます。