物理物理学・力学理科

アルキメデスの法則とは? アルキメデスのその他の発見も理系ライターがわかりやすく解説

なぜ固体が液体に浮くか知ってるか?

これはアルキメデスの法則という法則で説明できる。アルキメデスは古代ギリシャの有名な科学者です。アルキメデスの法則は彼が発見してきたものの中でも1番有名な法則なんです。この法則を使えば日常で水に物体が浮く原理についても理解することができるぞ。高校物理で中心に取り扱われるような内容ですが、文系の人や中学生でも分かるように解説していくので最後までついてきてくれ!

今回は理系ライターの四月一日そうと一緒にみていこう!

ライター/四月一日そう

現役の理系大学生ライター。電気電子工学科に所属しており電気回路や電磁気について学習中。

現役時代のセンター物理は95点をとっており、高校範囲の物理は得意。アルバイトは塾講師をしており、日々高校生たちに数学や物理のおもしろさを伝えている。今回の浮力に関する範囲はかつて苦手分野だったがコツをつかんだ事で一気に得意に。今回の記事ではそのようなコツも伝えていく。

アルキメデスの法則の発見

image by iStockphoto

まずは数多くあるアルキメデスの発見の中で1番有名なものであるアルキメデスの法則について見ていきましょう!

その昔、アルキメデスは王様に金の王冠が本当に純金か確かめる方法がないか訊ねられました。1番に思いついた方法は金を溶かして立方体にする方法でした。しかしこれでは1度王冠を溶かさなければいけませんね。

そこでアルキメデスはお風呂の湯船に浸かるときに溢れる水をみてアイデアを思いつきました!

この溢れ出る水の重さは自分の体の重さと一緒なんじゃないか?という仮説を立てます。

この仮説が正しいことが実験で判明し、無事アルキメデスは王冠が純金かどうか確かめる事ができました!

それでは次から風呂場での発見でアルキメデスが王冠の組成を見破れた理由について迫っていきましょう。

物理現象としてのアルキメデスの法則

今回のアルキメデスの発見には実は浮力というものが大きく関係しています。

アルキメデスの法則の本質的な部分は流体の中に物体を入れると、物体が押しのけている流体の重さと相当する大きさで上向きの浮力を受けることなんですね。

もっと簡単に説明すると水の中に水よりも少しでも軽いものを入れると浮いて重いと沈むということです。当然のことに思えるかも知れませんがこの現象を言葉で説明できるのがアルキメデスの法則なんですね!

もっとわかりやすくする為に次は例を挙げて説明していきましょう。

水にいろいろ沈めてみると…?

それでは水に3つのものを沈めてみてアルキメデスの法則を確認してみましょう。

まずは水に水を沈めてみます。なんのことだ!と思われる人もいるかも知れませんが今回は重さが無視できる袋に重さは同じ赤い水を入れて沈めてみましょう。

結果は水中にとどまり続けることは想像できますね。これは赤い水に働く重力の大きさと浮力の大きさが釣り合っているためです。なぜ釣り合うのかというと赤い水とそこにもともとあった水の重さが等しいからなんですね。

次に大きめの発泡スチロールを沈めてみましょう!一度沈めてもすごい勢いで浮き上がってくるのが想像できますね。

これは発泡スチロールの密度が水よりも小さいため発泡スチロールにかかる重力よりも浮力のほうが大きいためです。浮力は押しのけた水の重さなので発泡スチロールの重さより遙かに大きいわけなんですね!

最後に鉄球を沈めてみましょう!1番下まで沈みきってしまうことが簡単に想像できます。これは鉄球が押しのけた水よりも鉄球の方が重いからですね。

具体的な例でアルキメデスの法則を説明しました。ではアルキメデスはこの法則を使ってどうやって王冠に銀が含まれていることを見破ったのでしょうか。実際にアルキメデスが行った方法を紹介してみたいとおもいます!

\次のページで「実際にアルキメデスが行った方法を紹介!」を解説!/

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