算数

でこぼこの石いしの体積たいせきは、どうやって測はかる? — 水みずに沈しずめれば水面すいめんが教おしえてくれる

箱はこの体積たいせきは「たて×よこ×高たかさ」で出だせます。では、川かわで拾ひろった、でこぼこの石いしの体積たいせきはどうでしょう。たてもよこも測はかれないし、マス目めに当あてても、ふちがマスに合あいません。

でこぼこの石はマス目に合わないことを示した図

公式こうしきもマス目めも使つかえない——それでも、道具どうぐひとつで正確せいかくに測はかる方法ほうほうがあります。使つかうのは、水みずの入はいった水みずそうだけです。

水みずに沈しずめると、何なにが起おきる?

石いしを水みずの中なかに入いれると、水面すいめんが上あがります。お風呂ふろに入はいると湯ゆが上あがってくる、あれと同おなじです。

なぜ上あがるのでしょうか。水みずが増ふえたわけではありません。石いしが水みずの中なかの場所ばしょを取とったので、そこにいた水みずが押おしのけられて、行いき場ばを失うしなった分ぶんが上うえへ乗のっかったのです。だから——

上あがった分ぶんの水みずの体積たいせき = 水みずの中なかに入はいった石いしの体積たいせき

石いしがどんなにでこぼこでも、水みずは石いしの形かたちにぴったり沿そって押おしのけられます。でこぼこの分ぶんまで、1滴てきも数かぞえ落おとさずに。

上あがった高たかさを、かけ算ざんするだけ

上あがった分ぶんの水みずは、もとの水面すいめんと新あたらしい水面すいめんにはさまれた、薄うすい箱はこです。底そこは水みずそうと同おなじ広ひろさなので、体積たいせきが出だせます——底面積ていめんせき×高たかさ、です。

石を沈める前と後の水そうを比べた図

たとえば底面ていめんが10cm×10cmの水みずそうで、石いしを沈しずめたら水面すいめんが6cmから8cmへ、2cm上あがったとします。上あがった分ぶんの水みずの体積たいせきは 10×10×2=200cm³。これがそのまま、石いしの体積たいせきです。

石いしの体積たいせき = 上あがった高たかさ × 水みずそうの底面積ていめんせき

ひとつだけ注意ちゅうい。水みずそうは、上うえまで同おなじ太ふとさのまっすぐなものを使つかいます。途中とちゅうで太ふとさが変かわる入いれ物ものだと、底面積ていめんせきのかけ算ざんが合あわなくなります。

下したの動うごく図ずで確たしかめてみてください。でこぼこの石いしは四角しかくい石いしと同おなじ体積たいせきにしてあるので、ぜんぶ沈しずめると同おなじ高たかさまで上あがるのが見みえます。形かたちはちがっても、取とる場所ばしょの大おおきさが同おなじだからです。

測はかるときの約束やくそく

この測はかり方かたには、大事だいじな約束やくそくが3つあります。

  1. ぜんぶ沈しずめる。水面すいめんから出でている部分ぶぶんは水みずを押おしのけていないので、数かぞえられません。動うごく図ずでも、石いしが水面すいめんをまたいでいる間あいだは水面すいめんが上あがりきらないのが分わかります。
  2. 水みずを吸すうものはダメ。スポンジを沈しずめると水みずが中なかに入はいってしまい、押おしのけた分ぶんが分わからなくなります。
  3. あふれさせない。水みずそうに余裕よゆうをもって沈しずめます。もし口くちいっぱいまで水みずを満みたした容器ようきであふれさせたなら、今度こんどはあふれた水みずの体積たいせき=石いしの体積たいせきという別べつの測はかり方かたになります。

2000年ねん以上いじょう前まえからある測はかり方かた

この方法ほうほう、じつはとても古ふるい発明はつめいです。昔むかしのギリシャの学者がくしゃアルキメデスは、王様おうさまから「この王冠おうかんが純金じゅんきんかどうか、壊こわさずに調しらべよ」と命めいじられました。王冠おうかんのような複雑ふくざつな形かたちの体積たいせきは、どう測はかればいいのか——悩なやんだ末すえ、お風呂ふろに入はいったとき、湯ゆがあふれるのを見みて「沈しずめれば体積たいせきが分わかる!」とひらめき、喜よろこびのあまり裸はだかで飛とび出だした——と伝つたえられています。

みなさんがいま学まなんだのは、2000年ねん以上いじょう使つかわれ続つづけている、本物ほんものの測はかり方かたなのです。

覚おぼえ方かた — 「上あがった分ぶんが、石いしの分ぶん」

公式こうしきで測はかれない形かたちに出会であったら、水みずにまかせてみる——測はかり方かたは、ひとつではないのです。

おもな参考情報