握力計をつくろう。

握る力によって浮沈子の沈む深さが変わる握力計です。PETボトルとタレ容器、鎖などで作る簡単な構造ですが、中学校で学ぶアルキメデスの原理、パスカルの原理、ボイルの法則が、これひとつで学べる。

作り方と説明

この握力計は浮沈子の応用ですが、一般的な良く見る浮沈子とは異なり握った力に応じて沈む深さが変わります。

それは、浮沈子の下についている鎖が沈んだ分だけ底について軽くなるためです。

そのために圧力に関わる物理の色々な原理や法則が視覚的に捉えらます。

パスカルの原理: ある一点に受けた単位面積当りの圧力をそのままの強さで、流体の他のすべての部分に伝える。; そのためにPETボトルの外側から加えられた圧力はそのまま内部のタレ容器に加わる。
ボイルの法則: 一定の温度の下での気体の体積が圧力に逆比例する; 加えられた圧力に逆比例してタレ容器の体積が小さくなる。力が大きいほど小さくなる。
アルキメデスの原理: 流体中の物体は、その物体が押しのけている流体の重量と同じ大きさの上向きの浮力を受ける; タレビンの体積が小さくなるため浮力が減少しタレ容器は鎖のぶら下がっている部分とつりあうまで沈む

また、おもりの重さによりタレ容器内の空気の量を変える事ができ、そのために浮力の変化の範囲を変得ることができますから、子供用から大人用まで色々な範囲で作る事ができます。おもりを重くしたり軽くする事でどのように変化するか考えてみよう。

タレ容器は簡単につぶれる柔らかい物を使用します。また、錘と鎖については色々と調整する必要があります。

錘: 錘を重くすると、バランスを取るためにタレ容器内の空気を多くしなければなりません。そうすると、圧力によって変化する体積が大きく変わるために上下の移動範囲が大きくなります。; 使用する錘を重たくすると感度は敏感になる。
鎖: 鎖が細い--単位長さあたりの重さが小さい--と、浮力の変化による上下が少なくなります。; 使用する鎖を細くすると感度は敏感になる。

実際にどの程度の鎖にどの程度の重さの錘を使用するかは試行錯誤で決定してください。