名古屋市科学館は、ギネス世界記録に認定された世界最大の直径３５mのドームに設置されたプラネタリウムを始め放電ラボや極寒ラボなどの大型展示が目を引きますが、その他の展示物も２００点以上もあります。
名古屋市科学館の理工館２階は、「不思議のひろば」という展示テーマで展示品が配置されています。この展示室では、「みる・きく・さわる・うごかす」といった体験を通して、科学の不思議さや楽しさを知ることができます。
地表の水は蒸発して水蒸気となり、上昇し上空で雲をつくります。雲はやがて雨となって地上にもどり、海に注ぎます。「水のひろば」では、この大きな水の循環と水の性質について、さまざまな実験を通して知識を深めることがでます。
理工館２階の「うみのステージ」ゾーンでは、泡の大きさが違うと泡の上昇速度がどうなるのかという、浮力に関する実験ができます。「ポコポコタンク」という展示品は、レバーを上下して「タンクの中に泡を発生させる。」と、泡の大きさによって泡の上昇速度が違うことが体験できます。
「ポコポコタンク」のレバーを小さく動かすと、小さな泡ができますが、その後にレバーを大きく動かして、大きな泡を発生させると、大きな泡は素早く上昇して、小さな泡を飲み込んでしまいます。大きな泡の方が浮力が大きいことがわかります。
理工館２階の「うみのステージ」ゾーンにある「ポコポコタンク」という展示品
理工館２階の「うみのステージ」ゾーンにある「ポコポコタンク」という展示品は、水槽の底に空気を送り、泡を発生させ、その泡が上昇していくようすを観察する実験装置です。
泡は、最初はちいさいのですが、次第に大きくなっていくこと、そして、大きくなるにつれて上昇する速さが増していくことがわかります。
「ポコポコタンク」のレバーを操作して、小さな泡の後に大きな泡を発生させると、大きな泡が小さな泡の飲み込んで、「大きな泡の方が、小さな泡よりも浮力が大きい。」ことが体感できます。「ポコポコタンク」で発生させる「大きな泡」ほど、泡が押しのける液体の体積が大きいので、浮力が大きくなり、上昇速度が速いことがわかります。
水の水槽の底に空気を送り、あわを発生させ、そのあわが上昇していくようすを観察する実験装置です。
あわは、最初はちいさいのですが、次第に大きくなっていくこと、そして、大きくなるにつれて上昇する速さが増していくことに注意しましょう。
まず大きさの変化について解説します。あわは空気で気体です。圧力を受けると小さく、圧力が下がると大きく体積を変化させます。ボイルの法則です。水槽の底は水圧がもっとも大きくかかる場所です。ここではあわは小さなものです。しかし、上昇するにつれて、水圧が小さくなりますから、大きなあわに成長していきます。
次に、大きなあわにはたらく上向きの力を考えます。あわには浮力がはたらきます。浮力は排除した水の重さと同じ大きさですから、あわの体積に比例します。あわを球と仮定すると、直径の3乗に比例します。すなわち、あわの直径が大きくなると、急激に浮力が増していくのです。
一方、あわが上昇していくとき、水の抵抗を受けます。あわの上昇をおさえようとする力、すなわちあわに対して下向きの力がはたらきます。この力は、あわの断面積に比例します。やはり、あわが大きくなればなるほど上昇を抑えようとする力も大きくなるのですが、それは浮力の上昇に比べると緩慢です。
上向きにはたらく浮力と下向きにはたらく抵抗力を比較し、上昇に伴って大きくなったあわは、次第に上昇するはやさを増していくことがわかります。
（名古屋市科学館公式ホームページの展示品解説より）
