空気は暖められても「軽く」ならない

時折、考えては不思議に思うことがある。よく、一般向け解説や、中学生向け理科解説書で、下記のような文を見かけるのだが・・・。

曰く、

「お風呂を沸かしたとき、よくかき混ぜないと湯船の下が冷たくて、上だけが熱い時がありますが、その理由は水は暖められ《軽く》なって水面に上昇し、冷たい水はそれより《重い》ので足元に沈みこむからです。」

曰く、

「雲ができるのは、水蒸気を含んだ《暖かい》空気は《軽く》なるので上昇しますが、そうすると周囲の大気圧が次第に低くなって、その空気が膨張して水蒸気が水滴になるからです。」

曰く、

「低気圧、高気圧とは、暖められて《軽く》なった空気が上昇しているところが低気圧、冷たくて《重い》空気が下降しているところが高気圧なのです。」

とかなんとか。

しかし、初歩的な物理学に関する私の常識で、物質に熱が加わると「軽く」なり、熱が逃げると「重く」なる、なんてことは読んだことも聞いたこともない。（質量保存の法則）

「質量」にしろ「重さ」にしろ、熱の出入りによってその計測値が変化するなら、既存の物理学がひっくり返ってしまうだろう。

いくら、小学生や中学生相手でも、物理法則に反する説明は、便法だとしても避けるべきだと思う。

代替的な説明はこうだろうか。

物質は、加熱されると（その物質を構成する分子の運動が激しくなり、とりわけ気体や液体は目立って）膨張する。これは空気でも、水でも同じである。膨張するということは、質量（重さ）が同じでも、体積が増加してフワフワと柔らかく（中身がスカスカに）なることと同じだ。膨張していない物質はゴツゴツと固い（中身がギッシリ詰まっている）ままだ。この二つの物質が蓋のない上方だけオープンになっている一定サイズの容器（湯船）に同居していると、柔らかくて大きい物質がより空間の余っている広い上方へ広がろうとし、固くて小さい物質がより下の狭い空間に入り込もうとする。これが、加熱された液体や気体があたかも「軽く」なったかのように上方へ移動し、より冷たい液体や気体が下方へ動こうとする仕組みである。

と書いてきて、体積当たりの重さ（物質密度）は確かに熱の出入りで変化（膨張、収縮）するから、従来の説明でも、あながち全くおかしい訳でもなさそうだ、と思えてきた。
むむ・・・。とりあえず、わかりやすい説明で納得してもらえば良いのだろうか？

捲土重来。