水栓タンクの構造とは

水洗トイレはどんな仕組みで汚水を洗浄するのだろう、と考えたことがありますか？簡単な仕組みなので種明かしをしてみましょう。まず、水洗トイレがどんな構造になっているのか、水洗トイレのタンクの横についているレバーを回すことを想像してください。そうするとどうなるか。レバーにつながっている鎖くさりが伸びて排水溝をふさいでいる蓋（ゴムフロート）が持ち上がります。そうするとゴムフロートは浮力で水中に止まり、その間にタンク内の水が排水管に流れ、トイレを洗浄するわけです。

水が排水管に流れることでタンク内の水位が下がりますが、水位が下がると同時にゴムフロートも下がりますね。そうしてゴムフロートの一部が水面から出るようになると、ゴムフロートは自重で排水管口にかぶさり、水路を閉じます。

水面の降下とともに浮き球も下がります。浮き球に付いたアームは図２の「てこの原理」でボールタップの栓を開け、水道管につながった手洗い管から水を出し、タンク内の水位を上げます。水位の上昇とともに浮き球も上がりボールタップの栓を閉じて水の供給を止める、というわけです。浮き球とゴムフロートによる栓の開閉、および排水管の開閉には、このようにてこの原理が使われています。てこの原理は図２のように、「支点から計った力が作用している点までの長さと、そこにかかっている力の積が双方で等しい」というものです。

浮き球やゴムフロートは浮力を使って水位と連動するようにつくられています。それらの重さと浮力が釣り合うようにつくられているので、これによって中立の動きができます。浮力は物体が押しのけた体積の水の重さです。水の重さと物体の重さが釣り合うということです。したがって、押しのける水の体積がバランスをとるために重要です。浮き球のように一部が水中に沈んでいるときは、その沈んでいる体積の水の重さが浮力となる、というわけですね。

出典：『眠れなくなるほど面白い　図解　すごい物理の話』著/望月修