表面張力 浮かぶ一円玉

質問

小一の娘の自由研究で、疑問がありました。ボウルに水を入れて一円玉を浮かせる実験をしました。水がいっぱいのときは、一円玉はふちにくっつくのに、水が少ないときは真ん中に集まりました。でも、書類ファイルを丸く切ったもので同じように浮かべると、反対の結果になりました。（水が多いときは真ん中に、少ないときはふちの近くに集まる）これはどうしてですか？

回答No.5

kankororin · ベストアンサー

１円玉と同様の結果になるものといいますと…
　表面張力は、材質の水への濡れやすさにも関係しますので、丸い濡れにくい物質（プラスティックなど）の上に金属片を載せて、目方を重くしても似たような結果が期待できるのではと思いますが…
　表面張力の計算は下記URLにあるようなものです。

参考URL：

http://www.face-kyowa.co.jp/inter/main.htm

お礼

再び、お答えいただきありがとうございました。ホームページも早速、拝見いたしました。とても詳しい説明でしたので、頭でもう一度整理して、飲み込んで行きたいと思います（一応理系の学部出身なのですが、物理は大嫌いでしたので・・・）。たぶん、結果は複雑で、来年の娘の自由研究には難しすぎると思いますが、私にとっても久しぶりに脳を働かせるいい機会になりました。もっと掘り下げていこうと思いますので、また機会がありましたら、よろしくお願いいたします。

回答No.4

SortaNerd

水がいっぱいの場合、真ん中より縁で水が低くなります。
1円玉の縁でも水は低くなります。
このとき、引き付けあいます。多分表面張力だと思います。
ファイルは縁で水が持ち上がっているので逆になります。

お礼

ありがとうございました。一円玉と接してる水面の関係をもっと詳しく調べる必要がありそうですね。ファイルは厚みがないので、水面を引き上げてるイメージがわきにくいですね。おもちゃのプラスチックのお金などで検証してみたいと思います。また、新しい質問もしていく予定ですので、機会があればよろしくお願いいたします。お世話になりました。

回答No.3

kankororin

これはきっちり説明するのが結構難しい問題ですね。
　重力と浮力だけを考えると、一円玉が低いところに行くのは説明できますが、浮力は所詮重力と反対方向の押す力で、重力以上にはなりませんので、ファイルの方が高いところに行くのが説明不能です。
　ファイルの方はそれこそ張力（引く力）によって高いところにいく筈ですから、表面張力を考慮に入れねばなりません。
　ただ、大づかみに言うと、相対的には一円玉の方が比重が重いので下に行くということはいえるでしょう。

お礼

回答ありがとうございました。お蔭様で一円玉については理解できましたが、ファイルについてはまだまだ分からないことがあります。夏休みに、形を変えて（三角、四角、棒状など）浮かべると、浮かぶ形のパターンが決まってたり、ストローを浮かべるとまた水位でかなり違った様相を呈してました。今年は結果だけで全然考察できませんでしたので、来年の夏までに解明していきたいと思ってます。また、ストローについては、新たに質問をしていきますので、もしよろしければ一緒に考えてみてください。本当にありがとうございました。

回答No.2

hiro_izushi

コップいっぱいの水（表面張力で膨らんだ状態）では、水より重い一円玉は、重力を受け低い位置へ移動する。　つまり、コップの淵ですね。

コップの口よりも水の表面が低いと、逆にコップの淵は水面が高くなっているはず、このため先と同じ理由で一円玉は、コップの淵に行かない。

お礼

ありがとうございました。納得いたしました。他にも一円玉と同じような結果が出る素材を探しています。もしご存知であれば教えてくださいませ。よろしくお願いいたします。

回答No.1

ADEMU

おそらく重さ（密度）に関係しているのだと思います。
要は１円玉は水より重いですが、書類ファイルは水より軽いです。
水面は水が容器より少ない場合は周りが真中より高くなり、逆に水がいっぱいの時は真中が高くなります。
１円玉は表面張力で浮いていますが、ファイルは浮力で浮いています。
軽いものは上に行きますのでそういう結果になるのだと思います。