銅線アメンボが水に浮く

銅線で作った「アメンボ」を静かに水に浮かべます。そこに、わずかな油を滴下すると水面に油膜が広がり、それに呼応してアメンボが動くことがはっきりり見えます。最終的にはアメンボは重量に耐える力を失って沈んでしまいます。

「動　画」こちらは本物のアメンボ：さすがに動きが違う

「解　説」

水面のゆがみと浮力が関わる：銅の密度自体は、水のそれよりもはるかに大きいのですが、銅線が水をはじくことで、その水面にゆがみを生じ、沈み込まないことがあります。水面のゆがみは、水の表面張力によるものですが、容器の底に映る影からもよく観察することができます。表面張力が働くということは、ゆがみを元に戻そうとする力が生じたという見方もできます。また、ゆがみが生じて除かれた水の重量だけ上向きの浮力も働くので、全体として銅線が浮いていられるという仕組みです。本物のアメンボの場合は、もっと複雑で、足先に細かい毛がたくさん生えていて、そこから油がしみ出ているそうです。その油が水をはじき、水面を押し下げる効果を発揮していると考えられます。

界面活性剤が表面張力を弱める：強力な表面張力ですが、洗剤（界面活性剤）を加えることで、水の界面が柔軟になり、水が引き合う力が弱まります。界面活性剤は、疎水基部を空気の方に向けて表面に並び、親水基部が水分子を引きつけるので、表面で結束していた水の鎖が解かれ、緊張が和らぐのです。つまようじで洗剤を加えた瞬間に浮力生む曲面がその形を保つことができなくなり、アメンボは沈んでしまうわけです。

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