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kakomon

過去問には合格のヒントがいっぱい!

『過去問にチャレンジ!』

■物理 (市役所[大卒])

問題

風船におもりをつけて水面に置いたところ,風船は沈まずに水面近くに浮いた。そこで風船を手で押しながら水中に静かに沈めていき,ある深さまできたところで手を離すと,重力と浮力がちょうどつり合って風船は静止した。次にこれをさらに手で押しながら沈めていくと,風船の体積は( ア )し,手を離すと風船は( イ )しはじめた。その後,風船は( ウ )いった。

  •    ア    イ         ウ
  • 1. 増加  下降  速度を増しながら沈んで
  • 2. 増加  上昇  速度を増しながら浮かんで
  • 3. 減少  下降  一定の速度で沈んで
  • 4. 減少  上昇  一定の速度で浮かんで
  • 5. 減少  下降  速度を増しながら沈んで

解説

最初は風船が水面近くに浮いていたのだから,この時点では浮力と重力はつり合っている。その後,風船を水中に沈めていくと,初めのうちは風船が排除する水の体積が増加するので,アルキメデスの原理(※1)によって浮力が重力を上回る状態が続く。
しかし,風船が沈むにつれて水圧が大きくなり,ボイルの法則(※2)によって風船の体積は減少するので,浮力も小さくなりやがて重力とつり合うときがくる。この時点で手を離すと風船は水中に静止する。
さらに風船を沈めると,水圧がさらに大きくなるので風船の体積は減少し(ア),それに伴って浮力も小さくなり,重力が浮力を上回るようになる。その結果,手を離すと風船は下降していく(イ)。その後,風船が下降するにつれて水圧が増し浮力は減少していくので,重力(>浮力)の働きで風船は速度を増しながら沈んでいく(ウ)。
※1 アルキメデスの原理......流体中の物体は,それが排除している流体の重さに等しい大きさの浮力を受ける。
※2 ボイルの法則......温度が一定のとき,一定質量の気体の体積は圧力に反比例する。
よって,正答は5である。

正答:5

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