浮力による変位復元実験

 ここでは、浮力による変位復元実験を試みてみました。

実験準備

 この実験では水槽と荷重を載せる「浮き」というか、「ミニ筏」が必要になります。

 バネの伸び縮みによる変形復元実験で作った載荷台をそのままこの実験用の「浮き=ミニ筏」にします。また、荷重はやはり単2の乾電池にしました。水槽は、市販の金魚飼育用の水槽を用いました。変位測定用の超小型曲尺やこれを立てるための蒲鉾板も、前の実験で使ったものをそのまま使いました。

 実験用の水槽とミニ筏と超小型曲尺と乾電池


 水槽に適当な水位で水をはり、ミニ筏を浮かべたところ


 水槽の前面に超小型曲尺を立て、変位の測定用とする



実験=載荷と除荷

 最初、前の実験と同じ乾電池1つで実験してみましたが、変位量が小さいので、おまけとして、乾電池2個の実験も行ってみました。1つを一回目、2つを二回目と呼ぶことにします。


・準備完了

 ミニ筏に何も載せていない状態


 目盛り部分の拡大(筏上面約9.2cm)



・一回目載荷実験
 一回目は、荷重として、単2の乾電池1つを使いました。バランスをくずさずに沈むところをさがして、そっと手をはなしてやります。すると、沈み込んで、やがて、あるところでとまります。この状態を写真にとっておきます。


 荷重を載せると、筏が沈みます。


 目盛り部分の拡大(筏上面約8.6cm)


・一回目除荷実験

 この状態から、荷重の乾電池を取り去ってやります。すると、筏が浮き上がって、(鉛直位置は、)もとの状態にもどります。 (ただし、浮いているので水平位置は容易に動いてしまいます。)。

 荷重の乾電池を取り去ってやると、再び浮き上がる。

 目盛り部分の拡大(筏上面約9.2cm)


 この状態が、二回目の初期状態になります。

・二回目載荷実験
 二回目は、荷重として、単2の乾電池2つを使いました。やはり、バランスをくずさずに沈むところをさがして、そっと手をはなしてやります。すると、沈み込んで、やがて、あるところでとまります。この状態を写真にとっておきます。


 荷重を載せると、筏が沈みます。


 目盛り部分の拡大(筏上面約8.1cm)


・二回目除荷実験

 この状態から、荷重の乾電池を取り去ってやります。すると、筏が浮き上がって、(鉛直位置は、)もとの状態にもどります。 (ただし、浮いているので水平位置は容易に動いてしまいます。)。

 荷重の乾電池を取り去ってやると、再び浮き上がる。

 目盛り部分の拡大(筏上面約9.4cm)


(電池2個を載せたとき、筏上に少し浸水してしまって、バランスがくずれて、少し傾いたため、本来なるべき9.2cmにはなっていません)

 先ほどの実験と、この実験とから、荷重増減とバネの伸縮による載荷台の上下運動と、荷重増減iによる筏の上下運動とは、定性的には、全く同じ様相になることが明らかです。