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、食べ物びっくり実験の1回目でした。


まずは、チューインガムのびっくりです。

みんなにガムを少し(一枚の四分の一くらい)配って、よく噛んでもらいます。
次に、板チョコの一山を配って、ガムと一緒によく噛んでみます。

しばらくするとガムがなくなってきました。




チョコだけではまだ、なくならなかった生徒には、かっぱえびせんを追加で食べてもらいました。
するとチューインガムは消えてしまいます。


どうしてでしょう?
チューインガムは水には溶けませんが油にはよく溶けます。

チューインガムはチョコレートやかっぱえびせんの油分に溶けてしまったのです。


次はみんなでバター作りをします。
バターって、意外と簡単に作ることができるので驚きです。

材料は、生クリームだけです。
ただし、乳製品と表示されている生クリームでないとうまく作れません。

生クリームを厚手のポリ袋に入れて、ゴムひもで結びます。




それを手で下向けにまりつきのようにパンパンとはじくだけです。

交代でみんなにパンパンしてもらいましたが、小さい生徒は少しむつかしそうでした。



5分くらいやっていると生クリームが油分と水分に分離します。
分離した油分がバターで水分の方はバターミルクといいます。

生クリームの状態のときは、油分がタンパク質などに覆われていて、水分とよく混ざっていますが

衝撃を与えることで、このたんぱく質の幕がとれて、油分と水分とが分離します。




100mlの生クリームで、これだけのバターを作ることができました。




バターミルクも飲んでみましたが、結構おいしいものでした。

出来たバターは、クラッカーにのせてみんなでおいしく食べました。



次は、ウズラの卵のびっくり実験ですが、まずはゆで卵を作ります。
卵をゆでるのには鍋が必要ですね。
今日はこの鍋として紙を使います。


紙でお湯が沸くの?
とても不思議な感じですが、実際にやってみましょう。

水を入れた紙のなべに、コンロで火をつけます。
みんなは、紙が燃えて水がこぼれるのではないかと心配顔です。
紙なべの周囲は少し焦げましたが、水の入っている部分は何も変わりません。




水も沸騰してきて、しばらくしてウズラのゆで卵が無事にできました。


どうして紙は燃えなかったのでしょう?
紙の燃える温度(発火点)は約300度です。
紙なべは、水が入っている限り、水の沸点の100度より熱くなることがないわけです。
だから紙は燃えずにお湯を沸かすことができたのです。
鍋のない非常時などには役に立つ知識ですね。


そして、本題のウズラの卵のびっくり実験です。
ウズラの卵には模様が付いていますが、この模様は印刷されたものだといううわさがあります。
本当でしょうか?
印刷されたものならそれをはがすとどうなるのかな?

実験で調べてみましょう。


使うのはお酢です。
ウズラの卵をお酢につけて、しばらく待ちます。

すると、まず、卵から泡が出てきました。




この泡は卵の殻がお酢に溶かされてできた炭酸ガスです。
2分ほどして、このコップをお箸でかき混ぜると・・・・
アララ、模様が取れてきました。



取り出して、ティッシュできれいに拭くと
真っ白なウズラの卵になりました。



ウズラは卵を敵から見えにくくするために、このような模様をつけていたのですね。


最後は、レモンのびっくり実験です。
ろうそくの火に向かって、レモンの皮をそいだものを指で二つ折りにします。
なにかが飛び出します。
そして飛び出したものが花火のように燃えるのがわかります。




これは、レモンの皮に含まれている油分(リモネン)が飛び出して燃えたのです。

このリモネンは他にもすごい性質があります。
まずペットボトルに油性マジックで字を書きます。
この字はティッシュで拭いてみても消えません。
洗剤で拭いても消えません。
しかし、レモンの皮で拭くとマジックが消えました。




また、発砲スチロールにこのレモンの皮を二つ折りにして軽く押し付けると発泡スチロールが溶けるのがわかります。


他にもゴム風船にレモンの皮の汁をかけてしばらくすると
パーンと破裂します。




リモネンがゴムを溶かしたのですね。



リモネンはレモンやオレンジ、ミカンなどのかんきつ類によく含まれていて、オレンジオイル配合と書かれた洗剤なども売られています。


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今日は、大気圧のふしぎ実験の2回目でした。


最初は、「はなれないステンレスボウル」の実験をします。

2個のステンレスのボウルをゴム(パッキンといいます)をはさんでくっつけます。
やり方は、まず、ティシュをふんわりと丸めてボウルに入れて火をつけます。




炎が上がったら、もう一つのボウルをかぶせて、バケツの水に沈めて冷やします。



何をしたかというと、気体の熱膨張を利用して、ボウルの中の空気を追い出したのです。
こうしてくっついた2つのボウルはもうはなれません。

みんなでボウルについたボルトを持って、引っ張ってみました。
誰もはなすことはできません。
先生も思いっきり力を入れて引っ張ってみましたが離れません。



空気が少なくなったボウルは大気圧の圧力に押されて、しっかりくっついています。

この実験は、17世紀にゲーリケというドイツ人の科学者がマルデブルグという町で行った実験を再現したものです。


規模は全然違いますが、
ゲーリケは直径1メートルほどの大きな銅製のおわんを、彼の発明した真空ポンプを使って中を真空にしてくっつけました。
そして、8頭ずつの馬で両方から引っ張ってもはなすことができない、という実験を行いました。
この実験は、町の名前から「マルデブルグの半球の実験」と呼ばれています。

ゲーリケは、この実験で大気の圧力がいかにすごいかということを証明しました。


次は、空き缶ペシャンコ作戦。
真空をつくる方法として、はなれないボウルではティッシュを燃やしましたが、今度は別の方法でやってみます。
空き缶に少し水を入れて、コンロで沸騰させます。




その空き缶を逆さに洗面器の水の中に入れると、一瞬で空き缶がペシャンコになります。




どのようにして真空ができたのでしょうか?
その秘密は水にあります。
水という液体は、沸騰すると水蒸気という気体になります。
水が水蒸気になると1700倍に膨らみます。
缶の中の空気は水蒸気に押し出されてしまい、カンを逆さに水に入れると水蒸気が一気に冷やされて、体積が縮みます。

缶の中は真空に近い状態になったため、大気圧の力で缶がつぶされてしまうのですね。


この時、水も缶の中に入ってきますが、水の入る速さと水蒸気が冷える速さの競争になります。
水が入るより早く水蒸気が冷やされれば、大気圧で空き缶がペシャンコになります。
だから、プルトップの空き缶でないとこの実験はうまくいきません。




やかんを沸騰させると白い湯気が出ますが、この湯気は水蒸気ではありません。
水蒸気は実は透明です。
透明な水蒸気が、空気中に出て冷やされて小さな水滴になったものが湯気になります。
沸騰したやかんの吹き出し口のすぐ近くは、湯気もなく何もないように見えますが、水蒸気が噴き出しているのです。



次は吸いつくゴムシートの実験です。
うすいゴムシートにセロテープで取っ手をつけていろんなものを持ち上げてみましょう。
金属のボウルの底にゴムシートを押しつけて持ち上げます。
簡単に持ち上げられます。
ゴム磁石みたいですね。


では、磁石につかないもので実験してみましょう。

紙のお皿の底にゴムシートをつけて持ち上げると、これも持ち上げられます。




みんなで他にいろいろなものを持ち上げてみました。

では、紙皿の底に穴をあけてやった場合はどうでしょうか?
さっきは簡単に持ち上がったのに今度は吸いつきませんね。

何が違うのでしょうか?
ゴムシートに空気が入ってしまうと持ち上がらなくなるということがわかります。


このゴムシートを使ってプラコップを釣り上げる競争をしました。
釣り上げるコツをつかむと簡単に吊り上げられました。



次は巨大なゴムシートを使った超強力ゴムシートです。
丸いゴムシートは直径16cmのゴムシートです。
大気圧は1平方センチ当たり1㎏の力がありますから、このゴムシートが作り出す真空の力は、理論上は約200kgのものまで持ち上げることができます。
四角いほうのゴムシートは30cm四方のゴムシートです。
ですから、900kgのものまで持ち上げることができる計算になります。
実際にはそこまで持ち上げられませんが、教室の机程度は簡単に持ち上げられました。





最後は、踊るポヨヨン風船です。
水を入れて膨らませた風船のポヨヨン君。
ビンの口より大きいのでビンに入ることができません。
どうすれば、ポヨヨン君をビンの中に入れることができるでしょうか?




これもティッシュを使います。
ティッシュに火をつけて、ビンの中に入れて、すぐにポヨヨン君をビンの口にのせます。
すると、ビンの中から膨張した空気が出ていくので、ポヨヨン君がぽよよんぽよよんと踊ります。

そのあと、だんだんポヨヨン君がビンの中に吸い込まれていきます。



ビンに入ったポヨヨン君は引っ張っても、もう出すことができません。




前回の実験でおこなった「とれないキャンディー」とおなじで、引っ張りだそうとしてもビンの中の空気が少ないので出すことができないのです。
さて問題です。
どうやったら、ポヨヨン君を引っ張りだせるでしょうか?
ヒントは、ストローです。


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今日は、大気圧のふしぎ実験の1回目でした。


まずは、「落ちないグラスの水」です。
グラスに水を一杯入れて、紙でふたをします。
ゆっくりグラスを傾けて行っても、グラスの水は落ちません。
紙を手で押さえていなくてもグラスを回すことができます。



逆さにしても、水は落ちないことがわかります。



今度は、いっぱいまで水を入れずにやってみます。
やりにくくはなりますが、逆さにすることができます。


これは、大気圧が紙を押し上げているからです。

大気圧は、地上で1cm2あたり1キログラムの圧力がかかっています。
この圧力は、空気の重さです。



普通の天気で約1000ヘクトパスカルの気圧ですから、約1000グラム
つまり1キログラムの気圧がかかっています。

1キログラムは、水の高さでいうと1000cm、つまり10メートルの
水の高さに匹敵します。


これは、コップの水をストローで吸い上げるとすると、10メートル以上の
高さには吸い上げることができない、ということを意味しています。


今度は、紙を使わずに網しゃくしでやってみます。
紙と違って、網は水がこぼれます。

これを使って、先ほどと同じようにコップの水を持ち上げます。
穴が開いてるので、みんなは、水がこぼれてあたりまえ、と思っていましたが、
あら、ふしぎ、コップの水はこぼれません。



どうして?
これは、先ほどの大気圧の力に加えて、水の表面張力の力が加わって
こぼれないのです。




網の隙間から、つまようじを入れると、ちゃんと、コップの中につまようじが
入っていきます。

網しゃくしよりも穴の大きい、排水溝のふたでも同じようにできました。





つぎは、「とれないキャンディー」です。
広口ビンの内側にポリ袋が入っています。




ビンとポリ袋の間にキャンディーが入っているので、ビンに手を入れて
ポリ袋の上からキャンディーをつかんでビンの外取り出してもらいます。
だけど、誰もポリ袋を外に出すことができません。
全員挑戦しましたが、ひとりも出すことができませんでした。



ポリ袋はビンの口でテープでしっかりと止めてあります。
そのため、空気がビンとポリ袋の間に入ることができなくなっています。

ポリ袋を取り出そうとしてもビンの中に空気と大気圧との差で
ポリ袋をビンの外に出すことはできません。


今度は、CDと風船を使って作った、エアーカーです。
フイルムケースの底に穴をあけて、両面テープでCDにくっつけます。
風船を膨らませて、フィルムケースにセットすると、CDのエアーカーが
滑るように進んでいきます。



風船から出る空気が、大気圧より少し強い力で、CDをほんの少し机から
浮かせています。
すると、テーブルとCDの間の摩擦が無くなるので、滑るように進むのですね。


ゲームセンターにあるエアーホッケーというゲームも、盤上に無数にあいた穴から
空気は出ていて、ホッケーの球を少し浮かせるので、カンカンとすごい勢いで
飛んでいきます。


他にも、ホーバークラフトという乗り物も同じ原理で、海上や陸上を走っています。



最後は、実験セットの空気ポンプを使って、細長風船を膨らませます。
どのようにすると、この風船を遠くに飛ばすことができるでしょうか?

膨らませた直後の風船は少し曲がっているので、まずは、この風船をまっすぐにします。
曲がった状態では、遠くに飛ばせません。

飛ばし方にもいろいろな方法があります。
飛ばす方向も考えながらの実験なのですが、
最後は、ちょっと大騒ぎの状態になってしまいました。










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今日は、鏡のふしぎの実験教室2回目でした。


前回は、普通の鏡(平面鏡)での実験をしましたが、今回は曲面の鏡の実験をします。

どんなものでも、ピカピカしているものは鏡になります。
身近なものでは、スプーンやお玉、やかんなども鏡になります。

曲面の鏡は、普通の鏡とどのような違いがあるでしょうか?


まず、スプーンで自分の顔を映してみます。
スプーンの内側(へこんだ方)では、さかさまに映って見えますね。
スプーンの外側(出っ張った方)では、上下さかさまにはなりませんね。
鏡が曲がっていると歪んでものが映ることがよくわかります。



普通の鏡は、真っ平らなので平面鏡(へいめんきょう)といいます。
へこんだ鏡は凹面鏡(おうめんきょう)出っ張った鏡は凸面鏡(とつめんきょう)といいます。

では、凹面鏡や凸面鏡はどのような特徴があるのか実験してみましょう。




最初は、とび出す鏡?!です。

教材の凹面鏡を使って、指を鏡に近づけます。
すると突然、鏡から指が飛び出してきます。




ストローを近づけて回してみると、ストローが実物とは点対象に鏡の中で動きます。


また、教材の鏡の裏側は凸面鏡になっているので、こちらを見ると、平面鏡に比べて
ものが歪んで小さく映ることがよくわかります。
その分、平面鏡より広い範囲が映っています。


今度は、洗面器にストローをつけて、黒のごみ袋とラップシートを張って作った
ふしぎな鏡を使った実験です。

この洗面器鏡は、ストローを吹いたり吸ったりすると、ごみ袋を張った鏡面が
膨らんだりへこんだりします。






凸面鏡、平面鏡、凹面鏡を自在に作れるおもしろい鏡です。
それぞれ自分の顔を映して、ストローを吹いたり吸ったりして、
凸面鏡、凹面鏡の特徴を観察しました。

膨らんだ時には顔が小さく見えて、へこんだ時は顔が大きく見えることがよくわかりました。


この特徴を利用して作られているものがたくさんあります。
凸面鏡は、小さく見えますが広い範囲が見えるので、交差点や曲がり角でよく見かける
カーブミラーや自動車や自転車のサイドミラーに使われています。




凹面鏡は大きく見えるので、顔が大きく映るお化粧用の鏡などがあります。


また、オリンピックの聖火の火をつけるときにも使われています。
放物面鏡という凹面鏡で太陽の熱を一点(焦点)に集めて火を起こしています。
オリンピックの年には、ギリシャのオリンポス遺跡で聖火に火がともされます。



小さなもので、たばこに火をつけるソーラーライターというものもあります。



ここで一つ不思議なことに気が付きます。
スプーンのへこんだ方で顔を見た時は上下さかさまに映ったのに、洗面器の鏡を
へこませて見た時はさかさまには映っていませんでした。

何が違うのでしょうか?


実は洗面器の鏡の凹面鏡でもさかさまに映ります。
ストローを吸って凹面鏡にした状態でストローを指で押さえて、顔ではなく遠くの景色を映すと
さかさまに映りました。


凹面鏡は近くだとさかさまにならず、遠くのものはさかさまに映ることがわかります。
実際に教材の凹面鏡やスプーンでも顔(目)にうんと近づけるとさかさまにならずに、
びっくりするほど大きく見えることがわかります。




今度は、別の曲面の鏡、円筒鏡で遊びました。
一見何の絵かわからないものでも、円筒鏡を立てて円筒鏡に映った方を見てみると何の絵か
わかります。
教材のパンダの絵などいろいろなものを円筒鏡で見ました。






昔から遊びとしてこのような絵がたくさん描かれていたようで、江戸時代の絵なども
円筒鏡で見ました。



でも、どうやってこの絵を描いたのでしょう?
みんなも円筒鏡に映った時にきれいに見える文字を作ってみました。
作るには、変換用のシートを使います。






まず、文字を四角い方の格子座標に書きます。
これを同心円座標の方に写していきます。
左右が逆になって遠くほど広がっている形で書きます。
小さな生徒は、簡単な変換表を使って、左右対称の簡単な文字で挑戦です。


高学年の生徒は難しい文字に挑戦しました。



少し時間はかかりましたが、みんな上手にできました。


最後は、潜望鏡のふしぎ、です。
実験セットの潜望鏡を使って、いろいろな方角を見てみます。
潜望鏡の上部をぐるぐる回して外の景色を見てみます。




前方は普通に映るのに、後ろを見ると逆さに見えます。
横方向は左右が上下に倒れた感じに見えるので、ふしぎな画面になります。



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今日は、鏡のふしぎ実験の1回目でした。


最初は、光のリレーです。

ハロゲンライトの懐中電灯の光を鏡を使ってリレーします。
教室の端からジグザグに光を反射させて、目標の的に光をあてます。
鏡が少しでも動くと次の的となる鏡に当たらなくなるので、結構むずかしい実験でした。
残念ながら、このようすの写真はうまく撮れなかったので、写真がないのですが、
鏡を4枚使ってうまく的に当てることができました。

レーザーポインターの赤い光も同じようにリレーをして的に当てることができました。
光が直進すること、鏡の向け方で、ななめに反射する角度が変わることなど実感として
体験できました。


次は、妖怪君のシートと実験セットに入っている鏡を使った実験です。
実験セットの鏡の大きさに対して、同じ大きさ、たて横の長さが1.5倍の大きさ、
2倍の大きさ3倍の大きさの妖怪君がいます。

妖怪君の右目に穴が開いているので、その穴からのぞいて鏡に映った妖怪君を見ます。
どの大きさの妖怪君が鏡にぴったりとおさまるでしょうか?




この実験で、たて横2倍の大きさの妖怪君が、鏡にぴったりおさまることがわかりました。
もうひとつ、鏡を前後に動かして、顔の近くでも遠くでも妖怪君の大きさに変わりがないことも
わかりました。


このことから、自分の頭からつま先まで全身を映す鏡は、身長の半分の大きさがあれば
良いことがわかります。

鏡を壁にあいた穴と考えて、穴の向こうに鏡から同じだけ離れて自分と同じ身長の人がいる、
と考えるとわかりやすいでしょうか、
その時、壁の穴は身長の半分大きさでよいことがわかります。



次は2枚の鏡を使った実験です。
鏡2枚を20センチくらい離して、平行にむかい合せに置きます。
ななめ上からこの鏡を覗くと鏡が無限に見えます。
なんか不思議な光景ですね。




鏡の間に人形を置くと、人形があっち向いてるのとこっち向いてるのが交互に無限に見えます。
ふしぎな光景にしばし見入ってしまいました。



今度は、2枚の鏡の一辺を貼り合わせて、鏡の中に人形を置きます。
鏡の角度を変えていくと、見える人形がどんどん増えていきます。
90°だと4つ、60°だと6つの人形が見えます。




角度をどんどん狭めていくと人形の数もどんどん増えます。



見える人形の数と鏡の角度には、ある法則があります。
角度と人形の数をかけ合せるとすべて360°になります。



次は、90°(直角)に置いた鏡でおもしろい実験です。
この鏡の前では、右に動いても左に動いても、常に真ん中に自分の姿が見えます。
3人の子供たちに並んでこの鏡を見てもらいました。
誰が鏡のまん中にいますか?
という問いに、3人とも自分がまん中だと答えます。
ふしぎですね。


また、この鏡をよく見ると、普段の一枚の鏡で映った時となにか違うことがわかります。
右手を挙げると鏡の中では左の手が上がります。
一枚の鏡だと右左が逆に映りますが、この鏡では逆ではありません。
人が自分を見ているのはこのように見えるのだということを自分で見ることができる鏡です。
その理由は、すべての光が鏡に2回反射して戻ってくるからです。
一度の反射で逆に映るのがもう一度反射して元に戻るというわけです。
「反対の反対は賛成なのだ」です。



さらに鏡を増やして、3枚の鏡の実験をしました。
ペットボトルに洗濯糊とビーズを入れたものあらかじめ作っておきました。




ペットボトルをひっくり返すとビーズがキラキラしながらゆっくり落ちてきます。
このようすを3枚の鏡を三角形に貼り合わせて中をのぞきます。




鏡を3枚合わせたものを作りましたが、大きすぎてもう一つ分かりづらかったので
万華鏡の先をはずしたもので見ました。




キラキラとしたビーズが鏡一面に映ってとてもきれいに見えます。


最後は、実験セットの潜望鏡を組み立てて、普通は見えないものを覗いてみました。
今日は組み立てるところまでで、潜望鏡を使った実験は、次回に行います。






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