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天井に下敷きを貼りつける

まずは見てみよう!

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どんな実験?

実験手順と種あかし

  • 下敷き(18cm×25cm)に吸盤を貼りつけて天井に貼りつけます。すきまができないようにタオルなどでこすりつけます。
  • 吸盤を下に引っぱっても簡単にははがれません。
  • 次に、小さな下敷き(12cm×18cm)で10kgのおもりをつるしてみると、10kgの重さにも耐えられることがわかります。この実験の後、ばねばかりをかけて下に引き、耐えられる力の大きさを確かめてみたところ、約18kgまで支えられました。テーブルの上の下敷きを引き上げたときと同程度の力となりました(表面の状態などにより力の大きさは多少変化)。
  • この原理は「テーブルに下敷きを貼りつける」と同じです。「下敷きが天井と接触している部分(この面積は全面積のごく一部)の圧力が大気圧より低くなり、下面の大気圧との差によって力を支えている」と説明できます。そして、この力は下面にはたらいている大気圧による力(12cm×18cmの下敷きでは約216kg)に比べてはるかに小さく(実験では最大約18kg)なっていて、「大気圧による力のごく一部しか支えられない」ことがわかります。
  • 動画ではおこなっていませんが、素早く引き下げる場合にはもっと大きな力がはたらきます。これは上面のすき間に空気が流入するときの粘性摩擦を原因とする力(速度に依存する力)、下敷きの上面および下面付近の空気を加速するために必要な力(加速度に依存する力)が上乗せされるからです。
【注意】
  • 加える力が2〜3kgを超える実験をするときは、必ず先生など指導者といっしょに安全確保をして行ってください。
  • 「下敷きと天井との間が真空になる」という説明は間違いです。
  • 大気圧がはたらいている物体にはたらく力を考えるときは、表だけ(片側だけ)ではなく必ずその裏側(反対側の)の圧力も考慮してください。本実験は一例ですが、科学入門書等で「大気圧によって押されているから」という原理の説明には多くの間違いが見られます。必ず反対側の面についても正しく状況を把握してその圧力を考慮してください。
【キーワード】 大気圧
【関連項目】

テーブルに下敷きを貼りつける吸盤のひみつ

【参考】 綿良三「図解雑学流体力学」ナツメ社、P16−17.
日本機械学会編「流れのふしぎ」講談社ブルーバックス、P34−37.
更新日:2015.10.1