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小学生向き自由研究のヒント:樟脳船はなぜ進む

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何十年も昔、薄い鉄板を折り曲げたり型押しして作った自動車や飛行機などの「ブリキ玩具」と呼ばれるものや、セルロイドで作られた玩具が全盛でした。
ブリキ玩具に使われたブリキは缶詰の空き缶の再利用も多くあり、セルロイドは樹木から作られるパルプが原料です。
当時の日本は貧しく、輸入しなければならない鉄鉱石や石油では、子供の玩具を作れなかったでしょう。
当時の子供たちがよく遊んだ玩具に「しょうのう船」があります。
セルロイドで作られた薄っぺらな舟の船尾に、樟脳の欠片を載せて、水を張った盥(タライ)に浮かべます。
すると、舟は前に進むのです。
樟脳は、衣類が虫に食われないように虫除けに使うものです。
楠(クスノキ)の幹・根・葉を蒸留してつくり、水に溶けず、揮発性の物質で、固体から液体を飛ばして気体になります。(これを昇華と呼びます)

「しょうのう船」ですが、高さが数ミリしかない船の最後尾の水中に沈む所に樟脳の欠片をつけただけです。
すると、下図のように樟脳が溶けて水面に油膜を作ります。

船の周囲は表面張力で水が船を引き付けていますが、油膜が出来ると、水の表面張力が無くなるので、船を前に引く表面張力が強くなって船を前に進めるのです。
ですから、水表面の油膜部分の力が小さくなるだけなので、船が重かったり、深くまで沈んでいたり(喫水が深い)すると、船は前に進みません。
表面張力は、分子が隣の分子に結合しようとする力です。
液体は自由に形を変えられるので盛り上がったりします。
固体の場合は形を変えられませんが、接触した物にくっつこうとします。
これが摩擦のある理由です。


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