魚はどのように水に浮き沈みますか?

May 04 2001
魚は水中であらゆる方向に動く能力を持っています。実際、彼らは水の中を泳いでいる間に上昇したり沈んだりする能力を持っています。魚が浮き沈むのを許すのは何ですか?この記事でこの質問への答えを見つけてください。
このベラはどのように上下しますか?

魚は鳥や飛んでいる昆虫に少し似ています。魚は、環境内で上下左右に移動できるメカニズムが組み込まれています。しかし、魚にこれをさせる方法は、自然の飛行方法よりも人工飛行機械の背後にある原理に近いものです。ほとんどの魚は、ヘリウムで満たされた気球や熱気球が空中に浮き沈むのと同じように、水に浮き沈みます。

これがどのように機能するかを確認するには、空中および水中で働くさまざまな力を理解する必要があります。これらの環境は私たちには非常に異なっているように見えますが、水と空気は実際には非常に似ています。どちらも流体であり、質量はあるが形がない物質です。地球上では、流体に浸されたオブジェクト(魚や人など)は2つの大きな力を経験します。

  • 下向きの重力
  • 浮力の上昇

浮力は、流体のさまざまなレベルでの流体圧力の違いによって引き起こされます。低いレベルの粒子は、その上のすべての粒子の重量によって押し下げられます。上位レベルのパーティクルは、上位レベルのウェイトが少なくなります。その結果、オブジェクトの下には常に上よりも大きな圧力がかかるため、流体は常にオブジェクトを上に押し上げます。 (浮力の詳細については、熱気球のしくみを参照してください。)

物体にかかる浮力は、その物体によって押しのけられた流体の重量に等しくなります。たとえば、空のガロンのミルクジャグを浴槽に沈めると、1ガロンの水が移動します。次に、浴槽内の水は、1ガロンの水の重量である8ポンド強の力で水差しを押し上げます。体積の大きいオブジェクトは、より多くの流体を移動させるため、より大きな力で押し上げられます。もちろん、オブジェクトが水よりも密度が高い(したがって重い)場合、それがどれだけの水を移動させるかは問題ではありません-それでも沈みます。

魚が上昇するには、魚の質量を大幅に増やすことなく、体積を増やして全体の密度を下げる必要があります。ほとんどの魚は浮き袋と呼ばれるものでこれを行います。浮き袋は、人間の肺のように、拡張可能な嚢です。。全体的な密度を下げるために、魚は鰓を介して周囲の水から集められた酸素で膀胱を満たします。膀胱がこの酸素ガスで満たされると、魚の体積は大きくなりますが、体重はそれほど増加しません。膀胱が拡張すると、より多くの水が押しのけられるため、より大きな浮力が発生します。膀胱が完全に膨らむと、魚は最大の体積になり、水面に押し出されます。膀胱が完全に収縮すると、魚の体積は最小になり、海底に沈みます。特定のレベルにとどまるために、魚は膀胱を満たし、魚の体重と同じ量の水を押しのけます。この場合、浮力と重力は互いに打ち消し合い、魚はそのレベルに留まります。

ほとんどの魚はこの方法を使用して上下しますが、すべてがそうするわけではありません。一部の種は、一生を海底に沿ってスキミングするため、浮き袋を必要としません。エイやサメなどの他の魚は、自分自身を前方に推進することによって上昇および下降します。飛行機の場合と同じように、ひれの下の液体の動きが揚力を生み出し、それが魚を上向きに押し上げます。

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