高槻天神先生のブログ

学研JR高槻前天神教室で行っている科学実験教室のブログです
基本、毎月第4土曜日に教室を開いています


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今日は、渦と圧力のふしぎ実験の2回目でした。


前回は、空気砲など渦(渦輪)の実験でしたが、今回は圧力について実験をしました。

最初は、縮む人形です。


実験セットの注射器と人形を使います。
注射器にゴム管で栓をして実験します。
注射器の外側をシリンダー、内側をピストンといいます。
注射器の中に実験セットの人形(猫)を入れて、ピストンを押すと人形は縮みます。

ピストンを押すのにとても力が必要です。




これは、シリンダーの中の空気の圧力のせいです。
押し返してくる力が圧力です。
この圧力のせいで人形が縮んでしまいます。


このように圧力をかけると縮むものは他にどのようなものがあるでしょうか?
消しゴム、輪ゴム、マシュマロ、発泡スチロール、スポンジで実験してみましょう。







子どもたちに予想してもらいましたが、結果は、ホワイトボードに書いた結果になりました。

何が違うのでしょうか。


発泡スチロールやマシュマロの中には空気が入っていますが、
消しゴムや輪ゴムは中に空気が入っていません。

だから縮まなかったようです。
しかし、スポンジは中に空気が入っているのに縮みませんでした。


発泡スチロールやマシュマロとスポンジの違うところは、空気の穴が外とつながっているかどうかです。




その証拠に、みんなでストローで吹いてみて確かめました。
スポンジにはストローで吹いた息が通っていきますが、発泡スチロールには空気が通りません。
同じように水に浸けた時のことを考えてもよくわかります。
スポンジは水をたくさん吸い込みますが、発泡スチロールには水は浸み込みませんね。


今度は風船で実験してみましょう。
水風船を膨らませて、注射器の中に入れて、押したり引いたりします。
ピストンで押して圧力をかけると風船が縮みます。
逆にピストンをひくと風船が大きく膨らむことがわかります。




圧力の力で風船の中の空気が縮んだり膨らんだりすることがわかります。
マシュマロや発泡スチロールが縮んだことから、中に閉じ込められている多くの小さな空気が

縮んで全体が縮むことがわかりました。


圧力を低くすると風船が膨らみました。

圧力を低くすると泡のようなものが大きく膨らむことがわかります。

今度は、水の中に溶けている空気を取り出してみましょう。
魚は、水中で口をパクパクさせていますが、これは水中の空気から酸素を取り出して息をしているからです。
水中には1リットルで約20ミリリットルの空気が溶け込んでいるそうです。




注射器を水槽の中に沈めて一気にピストンをひきます。
水が一気に注射器の中に入ってきますが、この時泡も一緒に入ってきます。
この泡が水中の空気です。
こんな方法で水中の空気を取り出せるというのはふしぎですね。


サイダーやコーラにも炭酸がたくさん溶け込んでいて、コップに注ぐと泡がシュワシュワと
出ることからも気体が水に溶け込んでいることがよくわかります。


今度はストロー一本でいろんなものを持ち上げてみましょう。
フリーザーパックにストローを付けて、その上に辞書を乗せます。
ストローから息を吹きこんでいくと辞書を持ち上げることができます。




もっと大きなメタリック風船ではもっと多くの辞書も持ち上がられました。



ごみ袋で作ったものでは、一番大きな生徒も持ち上げることができます。




ストロー一本の力でこんな重いものまで持ち上げられることにみんなびっくりでした。

このように小さな力で大きなものを持ち上げる力を作ることは、自動車のブレーキや
自動車を持ち上げるジャッキなどに利用されています。
これはパスカルの原理というものです。


最後は、ストローと綿棒を使って吹き矢の実験です。
新聞紙を垂らした的に向かって、綿棒の矢を飛ばします。
これも圧力の力で矢が飛んでいます。



ストローが一本の時と二本の時では、飛んでいく矢の勢いが違うことがわかります。
一本の時は新聞紙にあたって落ちますが、三本につないだ時には新聞紙に刺さったり、
突き抜けていきます。


ジャングルの原住民が長い吹き矢を使っているのは、経験的に、長いほうがよく飛ぶことを知っているのですね。

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今日は、渦の力と圧力のふしぎ実験の1日目でした。


今日は、主に渦のふしぎについて実験をしました。
最初は、空気砲です。
空気砲は、テレビなどでもよく放映されているので、生徒のみんなもよく知っていますね。
穴の開いた段ボール箱を出すだけで、「空気砲だ」という声が上がります。



でも、空気砲が実際にはどのようなものか、その威力はどんなものかは、体験しないとわかりません。

生徒に向けて、空気砲を撃ってみます。
想像していたより、ドンと強い風があたることがわかります。
紙コップなども簡単に飛ばしてしまいます。

ろうそくの火も吹き飛ばして消してしまいます。



空気砲の段ボールからどんなものが出ているのか、目に見える形でやってみましょう。
段ボール箱の内側の天井に線香を7~8本ガムテープで止めたものをぶら下げて、
段ボール箱の中に線香の煙をためます。

これで空気砲を打つと、ドーナッツのような輪が回転しながら勢いよく飛んでいくのが見えます。
ドーナッツのような輪は、内側から外側にくるくる回りながら、飛んでいきます。
回転しながら輪を作るので、渦輪といいます。



空気砲の出口は、丸い形でまずやりましたが、出口の形が三角形なら、どんなふうに空気砲は
飛んでいくでしょうか?



今日の実験では、もう一つ分かりにくかったのですが、三角の煙が渦を巻きながら、
おもしろい変化で(三角が上、下に形をかえながら)だんだん丸くなって飛んでいきます。

四角形でも、最初は四角ですが最終的には丸くなって飛んでいきます。



先生は、ミニ空気砲(空気拳銃)をいくつか、作ってきました。
ペットボトルの底を切って、ゴム風船を切ったものをかぶせただけのものです。
いくつかは、トイレットペーパーの芯を付けて、拳銃型にしましたが、
トイレットペーパーの芯もそんなになかったので、風船をかぶせただけのものもあります。





小さな紙で作った的をめがけて空気銃を撃って的を倒します。



ペットボトルの小さな空気砲に線香の煙を貯めて、指でちょんちょんと風船を押すと
小さな煙の渦輪を出すことができます。




段ボール箱の空気砲の大きな渦輪よりも、回転しながら飛んでいく煙の渦がよく観察できました。


この空気砲で、マジックです。

空気砲の上にティッシュペーパを置いて、空気砲を撃つと、ティッシュペーパは上に飛んでいきます。

次に、ティッシュペーパを半分に折って、空気砲の口に半分だけかぶせて、空気砲を撃つとどっちに飛んでいくでしょうか?



結果は、あら、不思議。

なくなってしまった。

実は、空気砲の中に吸い込まれてしまいました。

どうしてでしょうか?


次は、この渦輪を煙ではなく、水の中で見てみたいと思います。
透明なプラコップに水を入れて、しょうゆやソースを落とします。

ストローにしょうゆを入れて、ストローを指で少し押さえて一滴落とします。




何度かやっていると、落ちたしょうゆが渦輪になってくるくる回転しながら落ちていくのがわかります。

小さな生徒は、ストローでやるのは難しいので、小さなスポイトでやってもらいました。




次はボトルの水の一気出し、です。

1.5Lのペットボトルに水を一杯入れてあります。
このペットボトルの水をすべて出してしまうのに、どの方法が一番早いでしょうか?
1.ボトルを上下に振って真下に落とす
2.横に振ってボトルを回して水を落とす
3.ボトルを斜めにじっと持って水を落とす





生徒の意見では、予想は3つに分かれてしまいました。

では、生徒の一人にストップウォッチで時間を計ってもらいましょう。

結果は、ホワイトボードの通りです。




ボトルを回すと、中の水が渦を巻いて竜巻のように水が落ちていきます。
このようにして流すと、半分の時間ですべての水を出せることがわかりました。
ボトルから水が出るということは、その分だけ、空気がボトルに入る必要があります。
渦を作って水を流したときには、渦のまん中に空気の通り道ができて、
一気に空気がボトルに入ることができます。


このようすを、何度も実験できるように、「トルネードボトル」を作りました。
ペットボトルを2つを使って、1つに水を一杯入れて、もう一つをつなぎます。
ペットボトルは、ビニールテープでしっかり巻いて固定します。

水の入った方を上にして、くるりと回しながら水を落とすと、竜巻のように水が落ちていきます。




また、逆さにして同じようにすれば何度もできますので、生徒全員にトルネードを作って
もらいました。


最後は、実験セットの大きな注射器を使って、空気の力で矢を飛ばす体験をしました。
用意しておいた的に向かって、矢を飛ばすと、矢の先についてる吸盤で的にくっつきます。



この大きな注射器は、来月の実験でまた使います。



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今日は、音のふしぎ実験の2回目でした。


最初は「オルゴールのひみつ」です。
オルゴールを知っている生徒もオルゴールの中がどのようになっているかは
あまり知りませんよね。
オルゴールの本体はこんな感じです。


これは、手回しオルゴールです。

ハンドルを回して音を聞いてみましょう。
手に持って回してみても小さな音しか聞こえません。
先生には聞こえるけれどみんなにはよく聞こえませんね。

だけど、このオルゴールを机の上に置いて回してみると、とてもよく聞こえます。
音が大きくなりました。

オルゴールの音の振動が机を振動させています。

振動する面積が大きいほど大きな音になります。




机に耳を付けて聞いてみるともっと大きな音が聞こえます。
机が振動して音が鳴っているのがよくわかります。


これを利用した製品で、ピタッとスピーカという製品があります。
これは、イヤホンジャックの音をスピーカに変えてくれます。
壁や鏡やテーブル、段ボール、缶ビールなどがスピーカになります。




一番便利なのはお風呂の外からCDラジカセの音を聞く時です。
お風呂のドアに貼り付けて、ドアをスピーカにするとラジカセを濡らさずに
お風呂の中で音が聞けます。


今日は、壁や机をスピーカにしてして音を聞きました。


次はスプーンの音を聞いてみましょう。
スプーンの音はカンカンという音がしますね。
しかし、この音が除夜の鐘のようなお寺の鐘の音に聞こえます。
やり方は、スプーンにタコ糸を付けます。
この糸を人差し指に2、3回巻きつけて、人差し指を両耳に入れて、スプーンを机などに
ぶつけます。
すると、お寺の鐘の音のようにゴーンというが聞こえます。
ふしぎですね。


なぜ、スプーンが鐘の音になるのでしょうか?

音は普通は空気を伝って耳に入ります。
しかし、タコ糸を巻いた指を耳にあてた時は、空気を伝わらずに
タコ糸を通して直接耳に音が伝わっています。
これは、骨伝導といいます。


骨伝導の音と、空気を伝わった音とは少し違った音に聞こえます。
自分の声を録音して聞いたときに、「自分の声と違う」と思った経験はありませんか?
しゃべっている自分の声が聞こえているのは、骨伝導で聞いている音です。
録音した声を聴いたときは、空気を伝わって聞いた自分の声です。


スプーンの釣鐘では、自分一人しか音が聞けませんでした。
みんなで釣鐘の音を聞くにはどうすればいいでしょう?
実験セットの大きな紙コップのエコーマイクを利用してみんなで聞いてみましょう。
骨伝導の時と少し違いますが、みんなで釣鐘の音を聞くことができました。



次は、実験セットの「ばね電話」を組み立てます。
大きな紙コップをばねでつないだものです。
この電話に向かって大きな声で話をすると、エコーがかかって聞こえます。
ばねでつながっていると声がエコーするのですね。
声がばねの間を行ったり来たりするのでエコーになります。



先生は特大ばねを持っています。
このばねで特大エコーマイクを作るととても不思議な音を聞くことができました。
先生がばねをはじくとピユーンピユーンとすごい音が聞こえます。
誰かが、「宇宙戦争だ」と叫びました。
スターウォーズの宇宙船の戦いのときのような音が聞こえます。




また、波が走るのも目に見えます。
はじいたときの波が行ったり来たりする様子がよくわかります。
縦波です。
ばねは伸びたり縮んだりするだけですが、その様子が波のように左右に走ります。
その波に合わせてエコーが聞こえることがよくわかりました。




この特大ばね電話にみんなのエコーマイクを糸電話で結んで、全員で話をします。
みんなにエコーのかかった声が聞こえるのがとても面白いです。
順番にしりとり遊びでみんながお話をしました。
エコーがかかって聞き取りにくい声もありましたが、結構楽しめました。




最後は、象の鳴き声をみんなでしました。
コピー用紙を切って小さくした紙を折って、口に当てて息を大きく吹くと
プワー(ブワー)という象の叫び声のような音が出ます。




全員が象の叫び声を出せたら、今日はおしまい。
みんなで今日の実験レポートを書きました。



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今日は、音のふしぎ実験の1日目でした。


音にはどんなものがあるかな?
電車の音、テレビの音、風の音....
人の声も音ですよね。


今日は大きな声をいっぱい出すので、まずは発声練習です。
みんな大きな声を出す練習をしましょう。

今度はのどの下に手を当てて、大きな声を出してみましょう。
のどが震えているのがわかりますね。


声を出さずに、息を大きく吐き出してみましょう。
のどが震えていないことがわかります。
声を出すときに、のどが震えていることがわかりました。
のどにある声帯の振動で音が出ています。


音が振動であるということが何となくわかりました。
今度はそれを目で見て確かめましょう。

実験セットに入っている紙コップと雪だま(発泡スチロールの小さな玉)
を使って声で踊る雪だまの実験です。


雪だまを紙コップに入れて、コップに向かって「アー」と大きな声を出します。
すると、中の雪だまがピョンピョンと跳ねるのが見えます。

もしかして、息がコップの中に入ってそれで跳ねているかもしれません。
ラップをコップにかぶせて息が入らないようにして、同じように実験しても
雪だまは跳ねます。

やっぱり声の振動で雪だまが跳ねていることがわかりました。
コップの底に指をあてて、実験するとコップの底が振動していることがよくわかります。


次は、声で塩のアートを作ってみましょう。
洗面器にごみ袋のシートをかぶせてはり付けます。





このシートに塩を均等にまいて、洗面器に向かって大きな声を出します。
今回も息で塩が飛ばないように、口の前を紙でかくして声を出します。
みんなでやりましたが、人それぞれいろいろな模様が現れました。



洗面器にかぶせたシートが振動するときに一定の振動だときれいな模様になります。



今度は塩ではなく、振動で水を躍らせる実験です。
ステンレスのボールに七分目ほど水を入れて、ボールの内側を両手の親指でこすります。
コツをつかめば、ぶるぶるとボールを振動させることができます。
これもみんなでやってみました。




上手な子は水が跳ね上がるまで振動させることができました。
小さな生徒は、まだ、ざわざわとした波しか起こせませんでした。

音叉を鳴らして、水の中に入れた時も水が跳ね上がるのが見えました。



ワイングラスでは、すごくきれいな音を出すことができます。
グラスハープという楽器になります。
ワイングラスに水を入れて、濡らした指でグラスのふちをこするととてもきれいな音が出ます。
水の量で音の高さが変わることがわかります。
水の量が多いと低い音、水が少ないと高い音が出ます。
みんなも音を出せることを確認しました。


音の出ているときのグラスの表面をよく観察すると、先程のステンレスのボールと同じように

水が波打っているのがわかります。


これをうまく調整すれば、ドレミファソラシドの音階を作れます。
ユーチューブに、このグラスハープで音楽を演奏している動画がありますので
そのうちの一つを、みんなにも見てもらいました。
「こんなに上手に演奏できるんだ」とみんな感心していました。


最後は、紙コップでオカリナを作りました。
オカリナというのはこんなのですが、




これを紙コップで作ります。

紙コップの底に近いところに穴をあけて、ストローの先を少しつぶして穴の手前に
セロテープで貼ります。




調整が少しむつかしいですが、うまく音の出るところを探して作ります。
これはみんなにはちょっとむつかしかったようで、うまく音を出せない生徒もいました。




缶ビールの空き缶などでもこんな風にして音が出せるので、家に帰ってから試してもらう
ことにしました。





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今日は、磁石のひみつ実験の2回目でした。


最初はスプーンを使った実験です。
前回の磁石のひみつ実験の1回目で、針金ハンガーを磁石でこすると
方位磁針になる実験をしました。


今回は、スプーンでやってみましょう。
まず、スプーンにクリップがくっつかないことを確認します。
(確かに、スプーンは磁石にはなっていません)

このスプーンの底に実験セットの強力磁石を同じ方向に何度かこすりつけます。




すると、スプーンにクリップがくっつくことがわかります。





今度はこのスプーンを強めに金づちにカンカンカンと打ち付けると、
スプーンにクリップがくっつかなくなります。
スプーンの磁力が消えてしまいました。


どうして、金づちに打ち付けると磁力が無くなるのでしょうか?
別の実験で、これを確かめてみましょう。


これは、フェライト磁石を細かく砕いたものです。
(ビニール袋に入れて、金づちでガンガンたたきました)





この細かな磁石を入れたビンを上下にガチャガチャと振ると
この瓶にクリップはくっつきません。


ところが強力磁石で瓶の底を数回こすると、ビンにクリップがくっつきます。


細かく砕かれた磁石は、磁石の赤ちゃんです。
小さくなっているけれどもそれぞれがS極とN局のある磁石です。
その小さな磁石がS、Nの向きがバラバラになった状態で、ビンの中に入っている時は
ビン全体として磁石には、なっていません。



強力磁石で一定方向にビンの底をこすりつけると、赤ちゃん磁石の向きがそろって


ビン全体として1つの磁石のようになります。


磁石の粒のビンをガチャガチャ振ることと、
磁石になったスプーンを金づちにカンカンとあてるのは同じことだったのです。


このように磁化されたものは、強い衝撃で磁力が無くなります。
また、熱を加えることでも磁力は無くなるようです。


先日、先生は近くの公園に行って、磁石を袋に入れたものをごろごろ引きずりながら
歩いて、砂の中の砂鉄を集めてみました。
1時間もせずにこれぐらいの砂鉄を集めることができました。





最近の子供たちは、砂鉄集めをしたことがないようなので、
みんなに砂鉄集めを体験してもらいました。


砂に砂鉄を混ぜたものを洗面器に入れて用意しておきました。
磁石に直接、砂鉄が付いてしまうと砂鉄をはがすのが大変ですので
ビニール袋の中に磁石を入れて袋の外側に砂鉄をくっつけます。
砂鉄が集まったら、紙皿の上で、ビニール袋から磁石をはなすと、砂鉄が紙皿に落ちます。




この方法で、みんなで砂鉄集めをしました。
結構、おもしろくて、夢中になってしまいます。


今度は、今集めた砂鉄を使った実験です。
磁石には磁力線という目に見えない鉄を引き付ける力がはたらいています。
その磁力線を見てみましょう。


紙皿にうすく砂鉄をまいて、磁石の上でトントンと紙皿を指ではじきます。
すると一様に散らばっていた砂鉄がある模様に集まってきます。





磁石の置き方で磁力線の形もさまざまです。





大量にまいた砂鉄でやった場合、磁力線が斜めに立っているのがわかります。
磁力線は平面に出ているのではなく、立体的に出ているようです。





今度は、立体的な磁力線を見てみます。
プラコップに磁石をセロハンテープで付けて、コップに水を入れます。
今度は砂鉄ではなく別のものを使います。
台所やこげた鍋などをきれいにするときに使う、スチールウールです。
これをざるなどの金網にこすりつけて、細かい鉄くずを作り、水の中に入れてストローでかき混ぜます。
そうすると立体的に磁力線を見ることができます。





最後は実験セットを使って、おもしろい実験をしました。
二つのドーナッツ型磁石を使います。
上の磁石の向きを変えると、くっつく方と浮かび上がる方があります。

ここで問題です。
くっついてるのと、浮いているのでは全体の重さは同じでしょうか?違うでしょうか?


浮いているから、浮いている方の磁石の重さは全体にかからない。
というのが、みんなの答えでした。





はかりを使って、測定しました。




結果は、見ての通り。(生徒たちにはわかりました)


どうだったかな?
実験セットにはほかにもいろいろな形の磁石があります。
それらを使って、磁石がおもしろい動きをすることを観察できました。







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