力と運動 – セッション 5

重さ。密度。

おもちゃの車を持っていると想像してください。手に取ると、少し重みを感じます。あなたが感じるその重さを私たちは重さと呼んでいます。重さとは、何かを手に持ったときに感じる重さや軽さのことです。では、なぜ物には重さがあるのでしょうか?。そうです、それはgravityと呼ばれる特別な力のためです。重さはobjectに含まれる物質の量とgravityの強さによって決まります。

しかし、待ってください重量とmassを混同しないでください。 Massとはobjectに含まれる物質の量です。それは、おもちゃの箱の中にどれだけのものが詰め込まれているかのようなものです。中に入れるおもちゃの数が増えるほど、massも大きくなります。宇宙のどこを旅しても、massは同じままです。ただし、重さはmassとgravityの力によって変わります。

物体のmassと地球のgravityによるaccelerationを掛け合わせることで、そのobjectの重さを測ることができます。地球上の自由落下objectのgravityによるaccelerationは98 メートル毎秒であることがわかっています。あなたのmassが40キログラムだとしましょう。あなたの体重は392ニュートンです。ニュートンは記号 N を使って表します。

さて、ここに面白いものがあります。月へ旅行すると、体重は地球にいるときよりもずっと軽くなります。それは月のgravityが弱いからです。月を訪れた宇宙飛行士はこれを経験します。月では体重が軽いので、ずっと高くジャンプすることができます。

同じ大きさなのに、あるものは重く感じ、あるものは軽く感じる理由を疑問に思ったことはありませんか?。たとえば、同じサイズの箱を 2 つ取ります。 1つの箱に木材を詰めます。別の箱に石を詰めます。どの箱が重くなりますか？。確かに、石が詰まった箱は重く感じるでしょう。しかし、なぜ？。

この質問に答えるために、密度の概念を理解しましょう。密度は、与えられた体積にどれだけのmassが詰め込まれているかを表す尺度です。特定のスペースにどれだけの物があるかを教えてくれます。石が詰められた箱は、木が詰められた箱に比べて密度が高くなります。これは、密度がobjectのmassをその体積で割ることによって計算されるためです。両方の箱の容積は同じなので、岩石で満たされた箱のmassの方が大きくなります。密度が高くなります。

それでは鉄片の密度を計算してみましょう。鉄の密度を測定するには、鉄片のmassと体積を知る必要があります。鉄のmassが55gramsであると仮定します。その容積は7立方センチメートルです。この鉄片の密度は 7.8 g/cm³。

1 キログラムの鉄の密度は 1 キログラムの木材の密度よりも大きいです。これは、1 キログラムの鉄が占めるスペースが少ないためです。一方、木材 1 キログラムはより多くのスペースを占有します。したがって、高密度とは、massを持つobjectがより少ない空間を占めることを意味します。一方、密度が低いということは、massを持つobjectがより多くの空間を占めることを意味します。

油と水を混ぜるとします。油は水に溶けません。 2つの層が形成されます。 1 つの層はオイルになります。他の層は水になります。油の層は水の層の上にあります。油は水に浮くとも言えます。油が水に浮く理由がわかりますか？。

油は密度の違いにより水に浮きます。油の密度は水の密度よりも小さいです。これは、同じmassの油と水でも占める体積が異なるためです。これは、1 キログラムの油が 1 キログラムの水よりも多くのスペースを占めることを意味します。

蜂蜜と水を混ぜるとします。蜂蜜と水の2つの別々の層が形成されます。蜂蜜の密度は水の密度よりも大きいです。蜂蜜が上層にあるのか下層にあるのかわかりますか？。下の層に蜂蜜が見えます。これは、水の密度が蜂蜜の密度よりも低いためです。

密度は、液体中のobjectsの浮遊および沈降挙動にも影響します。なぜあるobjectsは水に浮いているのに、他の物体は底に沈んでしまうのか疑問に思ったことはありませんか?。これは、objectの密度と、そのobjectが置かれている液体の密度との関係によるものです。 objectの密度が液体の密度よりも大きい場合、objectは液体の中に沈みます。たとえば、金属のコインは水に沈みます。これは金属コインの密度が水よりも大きいためです。

objectの密度が液体の密度より小さい場合、objectは液体の上に浮かんだままになります。たとえば、木片は水に沈みません。それは水に浮きます。これは、木材の密度が水の密度よりも低いためです。

大きな船が水に浮かんでいるのに、針が水中に沈むのはなぜか、不思議に思ったことはありませんか?。船のmassは針のmassよりも大きいのですが。針の密度は水の密度よりも大きいため、針は水中に沈みます。針は小さくてコンパクトです。体積に比べてmassが比較的大きい。だから水に沈むのです。

船は密度が水の密度よりも低いため水に浮きます。船は中が空洞になった大きな構造で設計されています。これは、massに比べて体積が大きいことを意味します。したがって、objectのmassは水に沈むか浮くかには影響しないことがわかります。 objectの密度は、objectsの沈むか浮くかの挙動に影響します。

風船が空中に上がっていくのを見たことがあるかもしれません。風船が空中で上昇する理由をご存知ですか?風船にはヘリウムガスが充填されています。ヘリウムガスの密度は空気よりも小さいです。ヘリウムガスは密度が低いため、空気中を上方に移動します。

力と運動 – セッション 6

力と運動 – セッション 5

重さ。 密度。

重さ。密度。