物理07 浮力実験用体

A 体積約42cm^3　重さ0.8N
B 体積約70cm^3　重さ0.8N
C 体積約70cm^3　重さ1.6N

　浮力実験用体の作製です。東京書籍の令和7年度からの教科書では、①「重さが同じで体積の異なる物体の比較」と ②「体積が同じで重さが異なる物体の比較」を行うようになっているようです。条件制御ということで、内容的にはいいと思うのですが、①の「重さが同じで体積の異なる浮力実験用体」というのは持っている学校は少ないんじゃないかなと思います。教材カタログでもあまりみたことがありません。来年度に備えて自作してみました。

【材料】　　
ア　バイアルびん　
「密栓樹脂びん（バイアルびん）容量30ｍL　10個入　689円・容量50mL　10個入　836円」理科ウチダスで購入。

イ　ナット付よーと（ステンナット付洋灯吊）
　「ビーバーステンナット付洋灯吊　１パック(4個入)　6F114　230円(送料550円)」　
　ねじの部分がボルトとナットになっています。20ｍ/ｍは、ねじ以外のフックの部分が20mmという意味です。　楽天、アマゾン等で購入できます。送料がかかるので、ホームセンターなどで購入する方が安価だと思われますが、ちょうどよい大きさや形のものが見つかりませんでした。ネットで探すと次のような製品もありました。　
・ジョー・プリンス竹下ステンレスナット付洋灯吊 PT-45-SUS-3 PT-45-SUS-3 　1袋(10個)　943円　　
・ダイドーハント　真鍮洋灯吊 (ナット付) [40mm] 　(A)22x(B)18x(C)9mm　(4本)　373円
■「ナット付よーと」が手に入りにくいときは、「普通のよーと」と「エビプラグ」を使う方法もあります。詳細は、このページの最下部を参照

ウ　６角ナット　
「６角ナット　3/8W　140個入り　1298円　鉄（ユニクロめっき）　YAHATA」　ホームセンターで購入。

エ　水槽底砂　（南国　中目）ホームセンターで購入。

【作り方】
１ふたにフックをつける。 　
　バイアルびんのふたに2.5mmのドリルで穴を開けて、「ナット付よーと」を取り付けます。（技術室にあるボール盤を使うと簡単です。）

２六角ナットと水槽底砂で重さを調整する 　
A　体積約42cm^3　重さ0.8N 　　容器に6角ナット7個＋水槽底砂少量を入れる。　
B　体積約70cm^3　重さ0.　8N 　　容器に6角ナット6個＋水槽底砂少量を入れる。　
C　体積約70cm^3　重さ1.6N 　　容器に6角ナット14個＋水槽底砂少量を入れる。　
　浮力実験用体の質量については、例えばAの場合、0.8 N÷9.8 m/s2≒0.0816kg≒81.6ｇとなります。同様にしてBは81.6ｇ、Cは163.2ｇになります。しかし、本校のばねはかり（ニュートン目盛つき）につるすと、理論値通りにはならず、わずかに大きな値を示すようでした。　そこで、ばねはかりにつるしたときに、ちょうど0.8Nになるように、Aは81ｇにしました。また、同様にしてBは81ｇ、Cは162ｇにしました。

３組み立てる。

【浮力実験用体の体積の測定】
　浮力実験用体の正確な体積は、「浮力は物体が押しのけた水の質量に等しい」というアルキメデスの原理を使って求めました。水につけたときの浮力の大きさを調べれば浮力実験用体の体積が分かります。その結果、　
・Aの体積は、42.1cm^3 ≒ 約42cm^3　　　
・BとCの体積は、69.9cm^3 ≒ 約70cm^3　となりました。　
　下図のように、オーハウス製の電子てんびんは、底にフックを付けて、ぶら下げたものの質量を測定することができます。

■「普通のよーと」と「エビプラグ」を使う方法 　
　「ナット付よーと」が手に入りにくいときは、「普通のよーと」と「エビプラグ」を使う方法もあります。（下写真）どちらもホームセンターで手軽に購入できます。エビプラグは色でサイズが決まっています。ねじ径が2.4～3.1mmの場合はオレンジのものを使用します。エビプラグをペンチでつかんでおいて、「よーと」をねじ込みます。手軽さから言うとこの方法がおすすめです。
・八幡ねじ　ステンレスよーと　20mm　６本入　184円　
・八幡ねじ　エビプラグ　5×25mm　30本入　217円