小橋 昭彦 2004年3月18日

 ペットボトルを風呂場に持ち込んだ長男が、蓋をして湯船に押し込む。手を離すと一気に水面上へ。「ロケットみたい、なんで」尋ねるので、中に空気が入っているからと答える。しかしそれは、誤解を招く表現かもしれない。空気に上に向かう力があるわけではない。
 浮力は重力があってこそ成り立つ。無重力の宇宙船内でヘリウムガス風船を作っても浮かばない。1リットルのペットボトルを水に入れると、1リットル分の水が押しのけられる。水は1リットルで1キログラムなので、ペットボトル全体の重さが1キロより重ければ沈むし、軽ければ浮かぶ。それだけのこと。水面上に飛び出たペットボトルは、1リットル分の空気を押しのける、その体積分の空気よりペットボトルは重いので、それ以上は浮かばない。魚が浮き袋を膨らませると浮くのは、膨らむことで体積を増やし、結果的に体積あたりの重さを水より軽くしているわけだ。
 さて、浮力は対流を生む。温められた水が上昇し、代わって冷たい水が底に沈むことで、風呂釜に渦をつくる。風呂だけじゃなく湯呑みから大気まで、対流は地球上のさまざまな場面にみられる。宇宙船内では対流が起こらないので、ろうそくの炎は上に伸びず消える。
 脳の形を作ったのも熱の対流だという説がある。脳科学の中田力博士がコンピュータで対流をシミュレーションしたところ、実際の脳の形とほとんど同じになったという。宇宙船で生まれた子に脳が形作られないことはたぶんないだろうけれど、進化と形について考えさせられる理論だ。
 アルキメデスの原理を学んだのは中学生時代だった。なのに日常では、浮力とは浮かぶ力を内在しているように感じていたことにあらためて気づく。ぼくが地上に立っているのも、自分が体積分押しのけた空気より重いからに過ぎない。そうやって、まわりとの関係の中で自然に、地上にある。そのことを、あらためて見つめなおしている。

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5 thoughts on “浮力と対流

  1. 「浮力と対流」を読んで、、、。

    子どもの素朴な質問に正確に答えられないことの多い
    ぼくです(笑)

    本日のコラムにもハッとさせられました。

    先日、「燃焼」の研究者の方に炎が燃えているところ
    を高速度カメラで撮影したものを見せてもらいまし
    た。北半球にある日本では炎も右回りとのことでし
    た。事実右回りでした。

  2. 相変わらず深いなー・・。
    最近のよくあるパターンは;
    1.子供の素朴な疑問や行動

    2.科学的な解析

    3.結果を自身や社会に投影した考察

    って、感じですね。

    3番目のステップの「深さ」で読者にある感動や感慨を
    振りまく小橋ワールド。
    おそるべし!

  3. 大川さん、炎も右回りという話、とても興味深く思いました。確かに、台風も炎も、空気の流れである以上、同じ力を受けるわけですね。

    kiyotoさん、ありがとうございます。ご指摘どおり、できるだけ身近なところでつなぎ、その奥へ向かっていきたいと考えています。まだまだワールドとまでおっしゃっていただくほどのものではありませんが、意図的なマンネリ(?)におつき合いいただき、感謝です!

  4. 中学のとき居残りでアルキメデスの原理を教えてくれた教諭の顔を思い出しました 氷山が何で浮いていて海面に隠れているのが大きい理由を教えてくれました 残念ながら最後まで理解できずに理科系をあきらめる原点だったかもしれません

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