愛媛県総合科学博物館研究報告

Bulletin of Ehime Prefectural Science Museum, No.19（2014）, p. 57－64

事業報告

サイエンスショー「なぜ鉄の船は浮かぶのか～浮力の不思議な実験～」実施報告
藤本光章 *A Report on the Science Show“Why ship of iron can ﬂoat? Mysterious experiment of buoyancy.”
FUJIMOTO Mitsuaki

Abstract：We feel the body become lighter when we take a bath. It is because the buoyancy occurs when an object
is placed on water. A science show“Why an iron ship can ﬂoat?”was held at Ehime Prefectral science Museum. To
illustrate that ship of iron ﬂoat on water, The experiments were performed in the buoyancy by putting various objects
in water. This report was described procedure and contents of these experiments.
キーワード：サイエンスショー，浮力
Key words：Science show，Buoyancy

はじめに

実験回数：89 回
総観客数：3,348 人

物体を水の中に入れたとき，浮く物や沈む物がある．
実験の構成と内容

また，お風呂に入ったり，プールで泳いだりすると体が軽く感じることがある．なぜ，水の中に入れると浮かんだり沈んだりするのだろうか．そして，昔から水に浮か今回のサイエンスショーは，鉄の船が浮かぶ仕組みを，ぶ乗り物として船があり，人や重たい荷物などを乗せてまず始めさまざまな物を水に入れて，浮くか沈むかを調

遠くへ移動することができる．しかし近年の船はとてもべ，鉄は水に沈むことを実験した．次に物が水に入った巨大で材質も鉄でできている．鉄は水に沈むはずなのにときに発生する水の圧力について実験を行い，そのときなぜ浮かぶことができるのだろうか．今回，いろいろなに発生する浮力の説明をした．最後は実際に鉄の船を浮物を水に入れて浮くか沈むかを調べ，鉄の船がなぜ浮くかべ，浮力によって浮かぶことができるかを実験した．

ことができるのかを実験で解説する．

実験の内容は，下記のとおりである．

本サイエンスショー「なぜ鉄の船は浮かぶのか～浮力の不思議な実験～」は，平成 24 年 7 月中旬から平成 24

実験 1 「浮かぶもの当てクイズ 1」

年 9 月下旬までの約 2 ヶ月半の間実施した．本稿ではその実施内容について報告する．

内容（操作）（図 1）
野菜や果物を水に入れ，それらが水に浮くか沈むかをクイズ形式にして予想させた．

実

施

概

器具・材料（図 2）

要

りんご，バナナ，にんじん，みかん，ジャガイモ，ピーマン，キウィ，トマト，水槽

実施期間：平成 24 年 7 月 13 日（金）～結果（図 3）

平成 24 年 9 月 30 日（日）浮く・・・バナナ，りんご，みかん，ピーマン実験時間：25 分程度
開演時刻：平日（金曜日）対

沈む・・・にんじん，トマト，ジャガイモ，キウィ

13:00 ～

学校休日

13:00 ～，15:00 ～お盆期間

11:00 ～，13:00 ～，15:00 ～工夫点
身近にある素材として野菜と果物を使って実験を行った．野菜や果物は，比較しやすいように形や大き

象：一般

さの似ているものとしてバナナとにんじん，りんごと* 愛媛県総合科学博物館 学芸課 科学・産業研究グループ
Curatorial Division, Ehime Prefectural Science Museum

トマト，みかんとジャガイモ，ピーマンとキウィの組－ 57 －サイエンスショー「なぜ鉄の船は浮かぶのか～浮力の不思議な実験～」実施報告の重さになると沈んでしまうことが分かった．

み合わせで選んだ．そして，実験の導入部として興味を引くためにクイズ形式にして予想をさせた．

実験 4「水に浮くもの沈むもの 2」

まとめ

内容（操作）（図 6）形や大きさが似ていても浮いたり沈んだりの違いがでることを知ることができた．そして，なぜ浮いたの質 量 を 同 じ に し て 容 量（350ml，500ml，850ml，か，なぜ沈んだのかを考えさせるきっかけを与えた．

1500ml）を変えた場合の浮き沈みを調べる実験を行った．350ml，500ml，850ml，1500ml の容量のペットボ

実験 2 「浮かぶもの当てクイズ 2」

トルに釣り用の鉛のおもりを入れ，すべての重さを内容（操作）1000g にしたものを用意した．
器具・材料（図 7）形，大きさが同じで材質の違う球を水に入れ，浮くか沈むかを調べた．

350ml ペットボトル，500ml ペットボトル，850ml

器具・材料（図 4）

ペットボトル，1500ml ペットボトル，釣り用のおもり，直径 25mm の球（木，鉄，発泡スチロール，プラスチッ

水槽
結果ク，ガラス，ゴム），水槽
結果

350ml のペットボトル・・・沈む

浮く・・・木，発泡スチロール，ゴム

500ml のペットボトル・・・沈む

沈む・・・鉄，プラスチック，ガラス

850ml のペットボトル・・・沈む工夫点

1500ml のペットボトル・・・浮く工夫点

実験 1 で形や大きさの似た野菜と果物を水の中に入れた際に浮き沈みに違いがでたことを踏まえ同じ形，ペットボトルに入れるおもりを釣り用の鉛のおもり同じ大きさで材質の違う球を使って実験をした．

を入れた．

まとめ

まとめ

結果より同じ形，同じ大きさの球が材質によって浮4 種類のうち 1500ml の容量を持つペットボトルだ

き沈みが変わることを理解し，1cm3 の重さである密け浮かんだ．このことから容量が大きくなることで度について説明した．そして，水が 1g/cm3 であるこ1000g の重さを浮かべることができることが分かった．

3とから，1g/cm より軽いと浮き，重いと沈むことを説3明した．鉄の密度が 7.86g/cm であり，水に入れても実験 5「水の圧力実験 1」沈んでしまうことを説明した．

内容（操作）（図 8）
実験 3「水に浮くもの沈むもの 1」

物体が水の中にあるときに働く圧力，水圧について内容（操作）実験を行った．縦に等間隔に 4 か所の穴の開いた円柱の容器（穴には事前に栓をしておく）に水を入れ，同身 近 に あ る ペ ッ ト ボ ト ル を 使 っ て， 同 じ 容 量（500ml）で質量（35g，250g，500g，750g）を変えた

時に栓を開けたときに穴から噴出する水の出方を調べ場合の浮き沈みを調べる実験を行った．500ml のペッる実験を行った．

トボトルにビー玉を入れ，35g，250g，500g，750g の器具・材料（図 9）4 種類用意した．

4 か所の穴の開いた円柱のアクリル容器，色水器具・材料（図 5）500ml ペットボトル

結果
4 本，ビー玉，水槽穴の位置が下になるほど水が遠くへ飛んだ．

結果

工夫点

35g のペットボトル・・・浮く水が飛び出す様子を観察するため，水に色を付けた．

250g のペットボトル・・・浮く三択のクイズにして予想させた．

500g のペットボトル・・・浮くまとめ

750g のペットボトル・・・沈む

水は深くなればなるほど圧力が大きくなるため，押工夫点

し出す水の圧力が大きくなり遠くへ飛んだことが分身近にあるペットボトルを使用して実験を行った．

かった．

まとめ
4 種類のうち 750g のペットボトルだけ沈んだ．こ実験 6「水の圧力実験 2」のことから 500ml の容量を持つペットボトルは 750g

内容（操作）（図 10）－ 58 －

藤本

光章

両側に薄いゴムの膜を張った直径 65mm 長さ 90mm

かった．の円柱の筒を水に入れて，膜のへこみ方で圧力のかか
実験 8「浮かぶもの当てクイズ 3」

り方を調べる実験を行った．
器具・材料（図 11）

内容（操作）（図 14）

両側に薄いゴムの膜を張った円柱のアクリルの筒

鉄の船を浮かべる前に今回の実験の復習としてそれ（直径 65mm 長さ 90mm），水槽（四角柱）

ぞれ密度の大きい材質，密度が大きい材質で中空の物，

結果

密度が小さい材質で平たい物，同じ大きさで中が固体・筒を横にした状態で水に入れると水の圧力によって液体の物，質量が大きくサイズも大きい物など 6 種類

左右の膜が同じようにへこみ始めた．深く沈めるほどの物を用意し水に入れ，浮き沈みを予想させた．

へこみ方が大きくなった．次に縦にして水に入れると器具・材料（図 15）

上の方がへこみ方が小さく，下の方がへこみ方が大きゴルフボール，陶器の貯金箱，ビーチサンダル，なくなった．

ま卵・ゆで卵，ボーリングの球（8 ポンド）
，水槽

工夫点

結果

へこみ方が見えやすいように膜の片方に赤，もう片ゴルフボール・・・・・・・・沈む方に青の色を付けた．

陶器の貯金箱・・・・・・・・浮くまとめ

ビーチサンダル・・・・・・・浮く膜を左右にして水に入れた場合，深くなればなるほ

なま卵・ゆで卵・・・・・・・沈む

どへこみ方が大きくなり，圧力が大きくなること分

ボーリングの球（8 ポンド）
・・浮く
工夫点

かった．膜を上下にして水に入れた場合，上の部分のへこみより下の部分の方がへこみ方が大きくなったた

普通なら沈むガラスやプラスチックの材質でも浮く

め，上向きの力の方が大きくなることが分かった．そ物や同じ大きさで中身が固体・液体の物などを選んだ．のことから水中にある物体には上向きの力（浮力）がまとめ働くことを説明した．

ボーリングの球は重たいイメージがあるが 8 ポンド（約 3.6kg）の球は浮いた．このとから，体積が大きく実験 7「浮力の実験」

なると浮力が大きくなることが分かった．

内容（操作）（図 12）
浮力の実験としてペットボトルに外から圧力をかけ実験 9「鉄の船を浮かべる実験」

ると中のしょう油さしが沈む浮沈子の実験を行った．

内容（操作）（図 16）1500ml のペットボトルにＭ 6 ナットを取り付けたしょ

最後の実験として鉄の船が浮かぶかどうかを実験しう油さし（あらかじめ少量の水を入れておく）を 4 個た．比較のため同じ重さの鉄の板を用意し，まず，鉄入れ，ペットボトルの中に水を満杯にして栓をしたもの板が沈むことを確認してから，鉄の船を浮かべた．のを用意した．

鉄の船は，鉄の板を上部の開いた箱の形に溶接したも器具・材料（図 13）のを製作した．

1500ml ペットボトル，Ｍ 6 ナットを取り付けたしょう油さし（あらかじめ少量の水を入れておく）4 個

器具・材料（図 17，18）
鉄 の 船（350 × 140 × 85mm，厚 み 2mm，重 量

結果1475g，体積ペットボトルを縦に持ち，胴の部分を強く握ると浮いていたしょう油さしが下へ沈んだ．

3570cm3），鉄板，水槽工夫点比較ができるように同じ質量の鉄の板を水に入れ，工夫点沈むことを確認した．

しょう油さしに色を塗り，見やすいようにした．演

結果

出方法として，はじめ何もしていないのに勝手にしょ鉄の板・・・・・・・・沈むう油さしが沈んだり浮いたりしているのを手品のよう鉄の船・・・・・・・・浮くまとめに見せ注意をひく見せ方をした．
まとめ

質量が大きな鉄の船でも浮かぶことができた．船はペットボトルを強く握ることにより，圧力がかかり，船体の容積を大きくすることによって多くの水を押ししょう油さしの中の空気の体積が縮む．すると浮力がのけることができ，その結果船全体の質量よりも大き小さくなり，沈む．力を緩めると，縮んだ空気がもとな浮力を得て浮かぶことができることが分かった．の体積に戻り，浮力が大きくなり再び浮かぶことが分－ 59 －

サイエンスショー「なぜ鉄の船は浮かぶのか～浮力の不思議な実験～」実施報告

問題点及び評価
今回のサイエンスショーで発生した問題点及び評価を下記に記す．
密度の実験を行う際に同じ大きさで材質の違う球を６種類用意した．しかし直径が 25mm の球で小さかったため，後方の方には見えにくかった．見やすい大きさの球もしくは立方体を用意した方が良いと感じた．
水の圧力の実験では，4 つの穴から飛び出す水の勢いの違いを観察させた実験だったが、実際に水が飛び出したとき水の色が透明であるため見えにくいという問題が発生した．食用色素で青色に着色して実験を行った．
今回の実験ショーでは鉄の船が浮かぶ仕組みを理解することを目的とした実験であった．そのため，まず鉄が図 1 浮かぶもの当てクイズ 1
8 種類の野菜や果物を水に入れて浮き沈みを予想する

水に沈むことを再確認することで密度について分かりやすく説明することから始めた．次にペットボトルを使って質量が重たいものでも容量を大きくすることによって浮かぶことができる実験を行った．そして，物体が水の中に入ると浮力が発生し，容量を大きくすると浮力が大きくなり，実際に鉄の船を浮かべることができた．このことから鉄の船が浮かぶ仕組みを理解することができたと思う．
まとめ

この実験ショーでは，前半を密度について実験し，後半を水圧，浮力について実験した．密度についての実験では身近にある野菜や果物を使ってクイズ形式で予想させたことで，導入部として興味を引く内容とした．そして，ペットボトルを使った実験では，質量の重たいものでも容量を大きくすることで浮かぶことができることを確認した．また，水圧実験や浮力についての実験を行い，上左から下左から

図 2 野菜と果物
りんご，ジャガイモ，みかん，トマト
バナナ，にんじん，ピーマン，キウィ

最後実際に鉄の船を浮かべた．本実験では，密度，水圧，浮力について実験を行い，鉄の船が浮かぶ仕組みを理解するための実験内容であった．
謝辞

本実験における鉄の船の製作に際し，川上晃司氏には，多大な協力をしていただいた．この場を借りてお礼を申し上げる．
参考文献

１）おもしろサイエンス海洋船舶の科学（2008），日刊工業新聞社，pp.26⊖28．
２） ニ ュ ー ワ イ ド ず か ん 百 科（2006）， 学 習 研 究 社，
pp.192⊖193.
－ 60 －

図3

浮かぶもの当てクイズ 1
野菜と果物実験結果

藤本

上左から下左から

図5

光章

図7

図 4 直径 25mm の球
木，プラスチック，鉄発泡スチロール，ガラス，ゴム350ml，500ml，850ml，1500ml のペットボトルに釣り用の鉛のおもりを入れ，すべての重さを 1000g にした500ml のペットボトルにビー玉を入れ 35g，250g，500g，750g にした

図8

水の圧力実験 1

図 6 水に浮くもの沈むもの
ペットボトルの容量，質量を変えて浮き沈みを実験

図9

水の圧力実験１－ 61 －

サイエンスショー「なぜ鉄の船は浮かぶのか～浮力の不思議な実験～」実施報告

図 10

水の圧力実験 2

図 11

水の圧力実験 2

図 12

浮力の実験

図 13

図 14

上左から下左から－ 62 －

浮力の実験

浮かぶもの当てクイズ 3

図 15 浮かぶもの当てクイズ 3
ゆで卵，なま卵，陶器の貯金箱，ボーリングの球
ゴルフボール，ビーチサンダル

藤本

図 16

光章

鉄の船を浮かべる実験

図 17鉄の船－ 63 －サイエンスショー「なぜ鉄の船は浮かぶのか～浮力の不思議な実験～」実施報告

図 18

鉄の船図面

－ 64 －