科 学 ク イ ズ その３８

Ｑ１ おわんのような形をした氷を水にうかべました。氷がとけたとき、水面は上がるでしょうか、それとも下がるでしょうか。 ○　上がる ○　下がる ○　変わらない ↓↓↓答はこの下↓↓↓（スクロールしてね） ●答● 変わらない ○解説○ 水がこおって氷になるとき体積が1割ほど増えるので、比重が0.91となります。水中にある氷は、その体積分に相当する水の重さに比例した浮力を受けるため、浮力の方が水中にある氷が受ける重力より1割ほど大きくなるので、その分は水面より上に浮いている氷が地球から受ける重力とバランスします。その結果、氷は全体の体積の9割が水中にあって残りの1割が水面より上にある状態で水に浮いています。 ところで、水中にある氷が溶けて水になると体積が10％ほど減ります。このままですと、水面は下がることになりますが、水面より上にある氷も溶けて水に戻り体積も10％減るので、この分が水面の低下を補うことになり水面の高さは変わらないことになります。 さらに、氷にくぼみがある場合は、くぼみの体積に対応した水の重さの浮力が働いていて、この浮力を打ち消すだけの氷の体積が水面から上に無ければいけません。「氷山の一角」より大きい体積の部分が見えているわけです。この部分も溶けて水に戻るとちょうどくぼみの体積分の水になりますから結局この場合も水面の高さは変わりません。 冷蔵庫の氷にくぼみができているブロックがあれば、実験してみて下さい。 Ｑ２ 氷でとつレンズを作りました。虫めがねと同じように太陽の光を集めて黒い紙を燃やすことができるでしょうか。 ○　光を集めることはできるけど、氷で冷やされて集まった場所は冷たくなる ○　光を集めることができて、集まった場所（焦点）が熱くなる ○　光を集めることができず、通った光はそのまままっすぐ進む ↓↓↓答はこの下↓↓↓（スクロールしてね） ●答● 光を集めることができて、集まった場所（焦点）が熱くなる ○解説○ 氷は、水でできていてその屈折率は、水に比べわずかに小さい程度です。そのため、透明な氷は水と同じように光を曲げることができます。円い金魚鉢やペットボトルに水を入れると、太陽光線を集めることができて、光の集まったところでは、ものが燃えるほど熱くなることがあります。これと同じように氷で作った凸レンズも光を集めることができて、光が集まる焦点のところが熱くなります。ただ、氷は空気などが入っていて透明度があまり良くなく氷の中で光が散乱してしまうのでものを燃やすほど熱くなるかどうかは、いろいろ条件が整わないと実現できません。 Ｑ３ 大根を水平になるように糸で結びつけてぶら下げました。結び目のところで大根を二つに切ったとき、どちらが重いでしょうか。 ○　葉っぱのついている茎の方 ○　先のとがった方 ○　重さは変わらない ↓↓↓答はこの下↓↓↓（スクロールしてね） ●答● 葉っぱのついている茎の方 ○解説○ これは、てこのつり合いを考えると分かります。てこがつり合うときの条件は、釣り合いの支点からの長さとおもりの積が同じときです。今の場合、糸の結び目が支点になりますから、結び目からの長さと大根のそこでの重さの積を全部足し合わせて全体が水平につり合っていることになります。結び目から大根の先までの距離と結び目から葉っぱの付いている茎の方の長さを比べると先の方が長いので重さは、茎の方が重くなります。お料理をする前に試してみましょう。

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資料提供：アイラドリーム（東京理化器械株式会社）