質問: ペットボトルとポリエチレンの小容器を使った浮沈子を作ってみたのですが。 ポリエチレンの小容器が小さいサイズのせいで重りを小さくして、強い力でペットボトルを抑えないと浮沈子が沈んでいかなかったのですが。それでも動作はしました。 原理的には中の小容器の下を向いた口に水の圧力がかかると中の空気が圧縮されて浮力が小さくなるからだと思うのですが。それで合ってるものですか? もう少し原理を正確に説明してほしいのですが。
回答: それで合っていますよ。 水の圧力は、深さに比例する「水圧」(大気圧を除いた「ゲージ圧」)にボトル内の空気の圧力を加えたものになります。 ボトルを押すことによって、ボトル内部の空気圧が増加し、それが「水圧」に加算されるので、小容器内の水面でつりあうべき圧力が増加します。 すると、小容器内の空気が圧縮されて、その圧力が増加した水の圧力と等しくなるわけです。結果として、小容器+小容器内空気が受ける浮力が小さくなり、小容器は沈むことになります。