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【第2回】(よくある話ですが)1円玉はなぜ水に浮くのか?

1円玉は非常に軽いといっても金属であり、比重の点から考えれば、水に浮かぶことはありません。
事実、水を入れた容器に無造作に1円玉を入れると、沈んでしまいます。
しかし1円玉を水面に対して平らになるように静かに置くと、浮かべることができます。
まずガラス容器に水を入れてみましょう。水は表面張力の力で液面を最小にしようとしますから、水面は水平になります。
(厳密には縁のほうでは水平になっていません。)
水面は下図の濃い青の線になります。

【第2回】(よくある話ですが)1円玉はなぜ水に浮くのか?

ここで、1円玉を水平にかつ静かに水面に置くと、1円玉の重量が加わるため、水面は下図のようにへこんでしまいます。

【第2回】(よくある話ですが)1円玉はなぜ水に浮くのか?

ここで注意したいのは、1円玉の表面が「水にぬれにくい」ということです。
1円玉が水にぬれやすいと、たちまち水に囲まれて沈んでしまいます。
(アルミニウム自体は水をはじく性質はありませんが、アルミニウムの表面は空気中ですぐに酸化皮膜を形成してしまい、この酸化皮膜がある程度水をはじいています。)

ここでは下図のように
「水面の表面張力(その面積を小さくしようとする力)+水による浮力」と「1円玉の重量(1円玉にかかる重力)」
がつり合っている状態になり、1円玉は水面で浮いていられるわけです。

【第2回】(よくある話ですが)1円玉はなぜ水に浮くのか?

なお、表面張力はどういうはたらき方をするかというと、下図の上から下のように、水面を小さくしようとしてはたらきます。

【第2回】(よくある話ですが)1円玉はなぜ水に浮くのか?

ただし、これは水が高い表面張力を持っているために起こる現象です。 水の表面張力を下げるような物質(例えば洗剤)を添加したり、または水の代わりに表面張力の低い液体を使うと、1円玉は沈んでしまいます。

余談
河原で平たい石を拾って、なるべく水面に平行に、かつ上下を軸に回転するようにアンダースローで投げると、石はすぐに沈まず水面で弾かれて数回バウンドします。(得手不得手はありますが。)
もし川が水ではなく、お酒で満たされていたら、エタノールの表面張力は水の3分の1にも満たないので、この遊びは不可能かもしれません。のんべえには夢のような話かもしれませんが。

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