大きな水槽の底に、水より密度の低い大きなプラスチック球が鎖で固定されています。突然鎖が切れました。球は水面に向かって上昇を始めますが、水槽の水位は水面から5cmの位置に小さな排水口があります。
質問: 球が水面に到達した時、水槽の水位はどうなっていますか？その理由も説明してください。
回答: 水位は最初より低くなっており、球の一部が水面上に出ています。
理由: 球が鎖で固定されている時、球の全体積分の水を押しのけています。鎖が切れて球が浮上すると、球は自身の重さと等しい重さの水だけを押しのけるようになります。球の密度が水より低いため、押しのける水の体積は球の体積より小さくなり、水位が下がります。この水位低下により排水口から水が流出することはありません。最終的に球は部分的に水面上に出て、浮力と重力が釣り合う位置で静止します。