浮沈しの実験 四角いペットボトル

質問

夏の自由研究に浮沈子の実験をしたのですが、５００ｍｌ丸いペットボトルでは力を加えると沈むのに四角い形のものでは同じ力では沈みません
なぜですか？
ちなみにふたを開けて力を加えると丸も四角も同じだけの水がこぼれだします
密閉されていて水を押しのける量も同じということは外部の入れ物が四角でも丸でも同じ圧が浮沈しにかかるように思えるのですがなんで違いが出るのでしょう。
ちなみに中に入る水の量は全く同じです
四角のほうは若干ボコッとへこみます
丸のほうが弱い力で浮沈しが沈む理由がわかる方ぜひ教えてください

回答No.8

foomufoomu · ベストアンサー

＞浮沈しはお魚の醤油入れでペットボトルに入れての実験ですが、
＞この場合はどう関係しているのでしょう？
浮沈子は、水圧が上がる→浮沈子の内の空気が押されて体積が小さくなる→浮力が小さくなる→沈む。
（アルキメデスの法則＝浮力は押しのけた水の重さに等しい＝空気の体積分が押しのけた水の体積）
という原理で動きます。(水は圧力をかけてもほとんど体積が変わらない性質も利用しています。)

炭酸水用のペットボトルは、高い圧力に耐えることができる＝高い圧力を保持できる。
水、茶用のペットボトルは、高い圧力に耐えられないで変形する＝高い圧力を保持できない。

なので、圧力を保つことができない四角いペットボトルでは浮沈子は動きません。
（「高い圧力」といっても、それほど高くないですけど）

回答No.7

CC_T

補足回答。

>　ふたを開けて力を加えた時
フタが空いているというのは、先の例でいうとロープの一部に切れ目がある状態です。
最も抵抗が弱いから、そこから水が逃げ出すわけです。

口に水を含んで、膨らませたほっぺたつついて実験してみるとイメージできるかも知れませんが、水が「逃げ出す所」がある限り、容器の中の水の圧力は上がりません。例え上を向いていても、口を開けてホホを抑えると口から水が溢れますね。

浮沈子は面白いですよね。
ついでに、「パスカルの原理」について載っている本を探して調べてみると良いと思いますよ。

回答No.6

CC_T

大勢でロープの輪の中に立っている状態を想像してみよう。

２つのグループがあって、
Aのグループは、ロープが丸い円を描いている状態で皆が立っている。
Bのグループは、ロープが四角い輪を描いた状態で立っている。
何人かにロープを外から押し仕込まれたとき、どうなるでしょう？

Aの丸い円を描いている方は、逃げる場所がないからオシクラマンジュウになる。
Bの四角い方は、直線部分が外に膨らませると隙間ができるから、そこに逃げ込める。
だから四角断面だと水に力（圧力）がかかりにくいんですね。

だから、４つの辺全部が変形しにくいように、かまぼこ板など固い板を添えて力をかけると、うまく浮沈子が沈むかも。

～～～

もうひとつの考え方。算数の知識です。
実は、周りの長さ（外周）が同じ図形なら、円の面積が一番広くなるんです。
形が変わると面積が小さくなるから、中の圧力が高くなるんですね。

お礼

とても詳しい回答ありがとうございました

補足

四角だと水が逃げる隙間ができる、円は一番面積が広い形で形が変わると面積は小さくなるというところはよくわかったのですが、ふたを開けて力を加えた時にこぼれる水の量が同じなのに、なぜふたを閉めて実験した時には内圧に差が出るのかがいまいちわかりません
若しよろしければもう一度回答頂ければ嬉しいです
よろしくお願いします

回答No.5

foomufoomu

丸いペットボトルは、コーラ、サイダーの入っていたボトル。
四角いペットボトルは、水、茶の入っていたボトル。
ではありませんか。
浮沈しは、水圧の変化で中のものが浮き沈みするのですが、丸いペットボトルが圧力に耐えるように作られているのに対し、四角いボトルは圧力で簡単に変形してしまい、中の水圧が変化しません。

お礼

わかりやすい回答ありがとうお材ます

補足

そうですよね。炭酸系のペットボトルは確かに圧に耐えられるようになってますね。
何か大きなヒントを得た気分です
ただ今回の実験は、浮沈しはお魚の醤油入れでペットボトルに入れての実験ですが、この場合はどう関係しているのでしょう？説明不足で申し訳ありません。もしよろしければもう一度捕捉回答頂けると大変助かります。よろしくお願いします

回答No.4

Nebusoku3

四角と丸のペットボトルの浮力の違いは？

原因の推定をします。
中に入る水の量は全く同じとの事ですが、完全に満タンの状態と考えてOKですね？　空気が入る余地があれば条件が変わってきます。
●四角のほうは若干ボコッとへこみますとの事からへこむ余地が残っている　→　つまり丸型のものとは条件が異なる。（浮力分が減圧される）　丸はその構造から　ボコッとなりにくいのもあるかもしれませんがいずれにしてもそれは浮力差の一因ですね。
●ペットボトル自体の材料の量が異なる。　厚さが同じであればペットボトルの四角のほうが多くの材料を使っていると思います。四角と丸の関係なので何故かは分かりますね。
比重が水よりも小さいペットボトルの材料を多く使った四角の方が多くの浮力を受けます。
●ペットボトルの底面積に比例した浮力を水から受けている為。底面積の差はどうでしょうか。

以上のことから何か答えが見つかれば幸いです。

お礼

とても詳しい回答ありがとうございます

補足

説明不足で申し訳ありません
浮沈しはお魚の醤油入れでペットボトルの中に入れての実験です
ふたを開けてペットボトルを押したときには同じ量がこぼれるのになぜふたを閉めて実験したときには中の内圧に差が出るのかという質問です
もしよろしければもう一度回答頂ければ嬉しいです
よろしくお願いします

回答No.3

noname#184258

水に接する部分の断面積は同じですか？

お礼

回答ありがとうございます

補足

同じ浮沈しで実験したので同じです
説明不足ですみません。浮沈しはお醤油の入れ物でペットボトルの中に入れての実験です

回答No.2

p-tenshi

丸いペットボトルは同じ圧力がかかりますが、四角のペットボトルは押された隣の面に圧力が逃げるから浮沈が起きないのです。

お礼

早速の回答ありがとうございます

補足

ペットボトルのふたを開けて力を加えた時のこぼれる水の量が同じことから、上がる内圧も同じかと思いましたが違うのでしょうか？隣の面に圧が逃げるのですか？ふたをしてる時はまた違うのですか？もしよろしければ補足説明頂くと嬉しいです。よろしくお願いします

回答No.1

Cupper-2

質問の内容がいまひとつわかりませんが…。

　　中に入れている水の温度が違うとか？

熱湯を入れたペットボトルは浮きますが、水槽の水と同じ温度の水を入れたペットボトルは沈みます。
…その後、熱湯を入れたペットボトルは熱湯が冷めて温度が下がると沈みます。

お礼

早速回答ありがとうございます

補足

説明不足で済みませんでした
浮沈しはお魚の醤油入れでペットボトルに入れての実験です