わたしの推薦です |
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（総評） ＊掲載した内容は、要点の部分を省略してあります。 推薦1：2004サイエンスグランプリ受賞！：風力でエネルギーを貯めてみよう! -エネルギーの貯まり方調べ- 推薦2：サイエンスグランプリ2004 佳作：私達の生活と電磁波-その性質と影響- 推薦3：飛行機はなぜ飛ぶか? -ベルヌーイの法則を検証する- 推薦4： 最終的には灰!? 推薦5：ペットボトルから飛出す水について 推薦6：サイエンスグランプリ2004 佳作：ドアが重くなった理由 推薦7：えきじょう化実けん |
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「サイエンスグランプリ2004 東京B地区グランプリ 東電サイエンス賞
◇私は将来ロボットをつくりたい。なので動力やエネルギーに興味がある。エネルギーを有効に使うにはどうしたらよいかと考えたりする。「エネルギーを使う」はふだん考えるが、「エネルギーをためる」はまったく考えなかったので、どのように貯まっていくか知りたいと思った。エネルギーの種類は沢山あるが太陽エネルギーか風力で試そうと思った。太陽は出方や雲によっていろいろな条件が異なる。それにくらべ、風力は扇風機の風等を使い違いをくらべやすいと考えた。
［目的１］
風車を設計、自作して、それに風を送ってエネルギーのたまった量を調べる。
［実験１］
風車をつくり３０�B話したところから扇風機で風を送る。風車が回るとモーターに取り付けた蓄電池にエネルギーが貯まる仕組みになる。一分間風を送り、たまったエネルギー量を二つのモーターをつけた車(自作)を走らせて走った距離をくらべる。測定は三回行ない平均を使う。(風車、モーター、蓄電池はLEGOのELAB。車はLEGOのマインドストームを使用。風車の羽は14種類用意した)
［結果１］
14種類の素材について、それぞれの羽4枚をつけた風車に、扇風機から送風一分で充電する。予想を立て、三回測定、結果を平均した。
段ボールが一番で、とてもびっくりした。普通紙の9倍近い。
うちわが２位。三位のビニールシートはファイルよりよくてびっくり。ペットボトルはまあまあと思っていたのに、ぜんぜん。
進んだ距離をはかる用紙を105センチしか用意していなかったが、最高206�Bも進んだのにはびっくりしてしまった。まったく回らなかったものから、２ｍ以上とその差の大きさには驚いた。
［実験と結果２］
・羽を二枚にしたらどうなるだろうか。エネルギーは半分になるだろうか。風車の羽を半分の二枚にして同様に測定した。
・羽が回らないで測定が不可能だったものは、ペットボトル、普通紙、ベニヤ板、発泡スチロール、プラスチック人工芝生。
・やはり一番は段ボール。でも、エネルギーは半分ではなく、十分の一以下。エネルギーは簡単に半分や倍になったりするものではなく、エネルギーがつくられる条件が揃った時、その力を発揮する。
［実験と結果３］
・なぜ段ボールが一番なのだろうか。
段ボールの表裏の間に波のような紙が入っていて、強度を増し、さらに空気が入っていることに注目した。カードケースの羽も、ニ枚の時に２番目によく電気をためた。ここにも空気が入る。カードケースの切り口をテープで止めていたが、空気が入るようにすき間を開けてみる。
・２枚のすき間に空気が入るようにしたカードケースのほうが２倍近く進む。空気の入る羽のほうがエネルギーが貯まる。
［実験と結果4］
・エネルギーのたまり方と時間の関係は比例なのか。何秒から貯まりはじめるのか。
羽は実験１で3回の測定で差の少なかったビニールシートを選んだ。
秒数が多くなるほどエネルギーの蓄積量の比率が大きくなると予想した。グラフにするとおわん型に上っていく。
| 15秒 | 30秒 | 45秒 | 60秒 | 75秒 | 90秒 | |
| 平均 (�B) | 約 8 | 約 75 | 約 109 | 約 137 | 約 172 | 約 201 |
おもしろいことに30秒ぐらいからエネルギーが貯まる量が均等化している。
15秒ではほとんどたまっていないので、ストップウォッチで5秒から２５秒までも計測して実験をプラスする。
10秒ぐらいまではまったくエネルギーが貯まらない。20～30秒間での蓄積量が大きく、30秒からは比例している。
実験の途中から結果が想像できるようになり、予想通り結果が出るのは楽しかった。
［実験と結果5］
・羽の大きさを変えたらどうなるか。
・図のGが一番で約371�Bも進んだ。Dが二番、Fが三番と続く。
基本のAで貯まる量を1とした時、C1.2倍、D2.3倍、E1.6倍、F1.95倍、G2.7倍、H0.7倍。大きさは長さを2/3にしたものがよく、２枚で空気を利用するものがよく、程々の重さのものがよいことがわかった。
［実験と結果6］
・実験1.2で一番よくエネルギーがたまった段ボールを実験5で証明された一番エネルギーが貯まる形に変えてみた。(段ボールの測定値は三回の間でずいぶん差が出る。なぜだろうか。)
・約1.6倍になった。効果のよい形がよいようだ。
［まとめ］
エネルギーは素材により貯まる量が変化する。そして、大きさ、重さ、向き、空気の利用等の条件によって変化することがわかった。またその違いはとても大きいものだった。
特に実験4のドキドキは一生忘れないと思う。
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サイエンスグランプリ2004 佳作
◇電車やカフェで誰もが携帯をいじっている。こんなに大勢の人が送り、受けている携帯の音声やメールはいったいどういう仕組みでやり取りできるのだろうか。コードでつながっているわけでもない。どこにいても携帯は必ず私のいる場所に正確にかかってくることも不思議だ。
しかし、携帯にも限度がある。大勢が携帯で連絡を取り合おうといっせいに発信するとつながらなくなる。地震の時などよく見る現象だ。何人までどうやって取り次げるようになっているのだろう。
また、つい最近まで私は携帯で話をするのを禁じられていた。小児の脳腫瘍や白血病と携帯の関係がまだはっきりわかっていないのが理由だ。電子レンジも体によくないという人がいるが、これは携帯と関係があるのだろうか。ペースメーカーが入った人のそばや病院内では携帯の電源を切るようにいわれる。MRI検査を受けた人が、「鳥肌が立つようで腕や足の毛がざわざわした。おおきな携帯の中に入ったようなものだからなあ。」と話すのを聞いたことがある。これらと携帯はどのような関係があるのだろう。
次から次へと疑問が沸き上がる。
むずかしいテーマだとは思ったが、長い夏休み、一歩でも携帯のふしぎに近づくためゼロから調べてみようと決心した。
［調べと予備実験］
・携帯がつながるメカニズムをNTTドコモの広報部に問い合わせた。さらに、その説明に出てきた電磁波という言葉を調べ、電磁波の発見の歴史をまとめた。
・さらに、本に出ていた電磁は発見につながる第一歩、エールステッドの実験を実際に行ってみた。その結果、電流の流れる方向にたいして右回れリに方位磁針が動くことを確認した。コイルの巻数を増やしても、方位磁針の動いた角度にあまり差はなかった。電池の数を増やすと、方位磁針の振れる角度は大きくなった。
・次にファラデーの実験も行おうとしたが、コイルの巻かずや巻き方で成功しなかった。しかし、シャカシャカライトという、振るだけで4500回巻のコイルの筒の中を強力な3000ガウスの磁石がいったりきたりして３０秒も振れば五分ぐらい光る充電ができるという、ファラデーの実験そのものの商品を見つけた。
・他に、電磁石もつくってみた。
・これらの発見で電気が流れるところに磁場が発生し、磁気のあるところに電流が起こるという考えが生まれたこと、発展してマクスウェルの電磁波の考え方をまとめた。
［実験と結果１］
電磁波の種類の中から、可視光である太陽光を調べた。プリズムを通してみて、屈折の結果、七色に分光することを確かめた。また、粉で光の通り道を見た。
「見えるということ」「反射」「吸収」「乱反射」「散乱」についても調べて、さらに電磁波の種類を表にまとめた。
［実験と結果２］
「温度との関係」は日当たりのよい窓際、日当たりの悪い窓際、冷蔵庫の中、風呂場にパンともちとチーズを置き、１日に１回観察した。
［結果１］
身の回りの電磁波について、携帯AMラジオをもちいて測定をしてみた。ラジオを選曲しない状態で遠いところから徐々にテレビなどに近付ける。ノイズがおおきくなったところがだいたい２ミリガウス。
テレビ3�E80�B パソコンディスプレイ1�E6�B 電気毛布10�B
防犯モニターテレビ 80�B 電子レンジ(ドアを開けた場合) 12�B
など、9品の結果をグラフにして比較してみた。
［実験と結果３］
実際に電波を発生させてみた。
プラスチック定規を洗剤でよく洗いよく乾かす。→ティッシュペーパーを重ねて定規をこする。耳もとでぱちぱちとおとが聞こえるまで静電気を起こす。→ラジオを利用して発生する電磁波の音を聞く。
こするたびにラジオからぷつぷつという音が聴こえた。定規をこする角度によっては、2
～3ｍ離れても音が聞こえる。
瞬間的に電流が流れると、なぜ電波が発生するのか、電線を伝わる電気(乾電池、家庭用１００V電源)と、放送局のアンテナに流れる電流の変化と静電気の放電の時の電流変化など、電線がなくても伝わる電波のちがいは何か、電流の変化をくらべて考えた。
瞬間的に電流が流れた時に電波が発生することがわかった。
［調べる］
・身の回りの電磁波の種類。区別する基準「波長」と「周波数」、「位相差」について調べてまとめた。光と電波は同じ性質を持つのだとわかった。また、「回折」「干渉」についても調べた。
・ヘルツの電磁波を発生させる実験についてもまとめた。
［実験と結果４］
・リモコン(赤外線)の吸収と反射について、リモコン送信機が働く距離と範囲を調べた。また、どのようなものを通過するか、何にあたると反射するかも調べた。
・テレビ正面から7ｍ55�Bまでチャンネルを変えられたが、それ以上は部屋がせまくてはかれなかった。
・テレビ中央線から右に64度、左に90度までチャンネルをかえることができた。
・こう貨、アルミはく、フライパンなど金属のものはリモコンが透過できなかった。プラスチック、布、紙などは白や黄色なら通過するが黒いものは通過しなかった。布類は黒以外は少し厚めでも通過した。
・試したものの表面すべてで反射して受信部に伝わった。黒は可視光のすべてを吸収しているが、赤外線をも吸収するのだろうか?。
［実験と結果５］
赤外線は金属やとう器、黒いものを通過できないことがわかった。今度は電波を通すものと通さないものについて、AMラジオを用いて実験する。
放送が聞こえるようにしたラジオの音量つまみが動かないようにセロテープで固定して、いろいろなものでおおう。
電波を通さなかったのは水、アルミニウム、鉄など。電気を通すものが多かった。そこで、金属や水が電波を通さない理由を調べてまとめた。
電波を通したものは、紙、ガラス、木、布。
［実験と結果６］
・電子レンジで電波が発生しているか調べる。二つのコップに水を用意し、片方をアルミ箔で包む。一分間電子レンジであたためる。
アルミ箔に包んだ方は水のままで温まらない。電波発生器だということがわかる。
・電子レンジの電波は外に出てくるのか。電子レンジのドアの外側にはったチョコと、電子レンジの中で温めたチョコを比較。
外側のは溶けないことから、電波は外にもれ出てきてはいない。電子レンジのガラスを観察すると、ガラスの向うがわに金網がある。電波は金網を通り抜けることができない。金網は電波の種類によって通り抜けられる穴の大きさが決っているそうだ。金網の穴が大きければ、電子レンジの電波が出てくると考えられる。
・電子レンジの中に電波は入るか。
目覚ましの音が電子レンジの中でも聞こえることを確かめてから、ラジオ放送を聞こえる状態にしたラジオをレンジの中に入れる。音は聴こえなくなり、ラジオの電波は入らないことがわかった。
さらに、音波と電波の違いを調べた。
［実験と結果７］
・電波と距離の関係について、測定器(トリフィールドメーター)を借りて通話中の携帯電話から発生する電波の強さを測定した。
・五台の携帯電話を用いて、いろいろの実験をした。
その結果、和室の閉鎖空間では、一台あたりの電波測定値は戸外の時よりずっと高かった。また、そこで五台いっせいに発信した場合、一台ずつの発信の5台分の和よりも大きな値となった。戸外では五台いっせいでも一台ずつの和を越えなかった。
天井や壁やふすまの反射を瞬時にくり返し、戸外より高かったと思われる。
［調べる］
どこにいても携帯電話がつながる仕組みについて調べた。調布市にあるいろいろなアンテナを調べ、写真にとった。
また、電磁波の人体への影響を調べた。そして、電磁波から自分を守るための工夫を考えた。たとえば、発着信の瞬間に最も出力レベルが高くなる。試しにテレビの画面に携帯電話をくっつけた状態で発信してみると、発信した瞬間にテレビの画面が電磁波の影響で最もゆがむ。発着信の瞬間にこそ携帯電話は体から話した方がよい。
［まとめ］
研究の限界について。強力磁石の入手や、入手できるエナメル線の長さからコイルの作成にも限界がある。また、電磁波を測定する機械がいつくつあるが、とても高価であり、こん実験に用いることはできなかった。唯一、都内某病院から一日だけお借りしたトリフィールドメーターを使った実験以外は、自宅にあったAMラジオを用いて、その雑音の大きさを感覚的に捉えて、電磁波の大きさの目安とした。そのため、この測定は主観的であり、正確さにかけると考えられる。
地球の磁力やはちやトリが持つ磁気についても研究してみたかったが時間がなかった。
今回の研究で電磁波の入り口に立つことができたので、次回はさらに電磁波の中でもテーマを絞り込んで深く掘り下げたい。
［感想］
この一ヶ月電磁波のことばかり考えた毎日だった。街を歩いては「あっ、あれが携帯のアンテナだ。PHSのアンテナだ。」と、ビルの屋上や電柱ばかり目で追い掛けた。旅行にいっては、その都市の送電線やテレビタワーの下で電磁波を測定したいなあと考えた。
人間の生活を便利にする文明の発展には、その影でへいがいが生じることが多い。この研究も終わり近くなり、電車の中でほとんどの人がメールを打っているのを見て、少し恐くなった。もし、この車りょうにペースメーカーを入れた人がのっていて、大勢が同時にメールを発信したら、せまい車りょうの壁や人に反射した電磁波は、どれほどのかたまりとなるのだろうか。そしてこの人のペースメーカーにどんな悪影響をおよぼすのかと考えてしまったからだ。私達は新しい文明の利器のその長所に目をうばわれるだけでなく、地球の環境と健やかな人類の遺伝子を伝えていくため、まずはその利器について深く知っていかなければならないと思った。
［参考文献］
「どこからくる?けいたい電話の電波」小葉竹ゆみ著 アリス館 2002年
「図解電波のしくみ」谷腰欣司著 日本実業社 2003年10版
「生体と電波」吉本猛夫著 CQ出版 2004年
「トコトンやさしい電波の本」谷腰欣司著 日刊工業新聞社 2003年
「学研の図鑑 電気」学習研究社
「図解雑学電磁波」二間瀬敏史 他著 ナツメ社 2001年
「中学生理科の自由研究」山田ふしぎ著 2001年
「学研の自由研究チャレンジ編中学生の理科」学習研究社
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サイエンスグランプリ2004 全国小学校理科研究協議会サイエンス賞
◇この夏休みに、海外旅行へ行った。その時、どうして飛行機が飛ぶのか不思議におもった。こんなに大きくて、たくさんの人を乗せているのに、よく浮いていられるなあ。
［原理］
「理科実験教室」という本を見ると、飛行機は揚力で飛ぶことがわかった。飛行機では主翼に揚力を生み出して飛行を可能にしている。送風で空気の流れが速くなると、その部分の気圧は下がる。これをベルヌーイの法則という。図も用いて、飛行機が飛ぶ原理をベルヌーイの法則をもとにまとめた。
［実験と結果１］
翼に風を当てると、揚力が発生するかどうか確かめる。
スタンドをつくり、画用紙とストローで翼第一をつくる。段ボールで風洞をつくり、風洞の片方の口の前に翼第一をぶら下げる。
・翼が浮くかどうか。→浮くが上下に激しく動いて安定しない。
・扇風機の風なので右によってしまうと思った。整流板(段ボール)を風洞の入り口あたりに斜めに三枚たてる。→変わらない。
・翼の横幅を5�B長くとって、全体に大きくした翼第二を整流板をつけたまま風に当てた。→変わらない。
・今度は翼の中に円の筒を入れた翼第三(翼が上面にそっている)に風を当てた。→なんと、今までで一番安定している時間の長さが長かった。実験成功。
［実験と結果２］
この翼はただ風にあおられているだけで、ベルヌーイの法則で浮いてはいないのではないか。それを調べるために円の筒でそっている側を上にした場合と、下にした場合で浮かび方に違いがあるかどうか調べる。
・同じように風を当てても、飛行機の翼のように、そっている側を上にした時のほうが、逆の場合より5.5�B高く浮かぶ。
今までの実験では、ちゃんとベルヌーイの法則が働いているために翼が浮いていて、風にあおられているだけである場合とは浮く高さがちがうことがわかった。
［実験と結果３］
翼の上反りのことをキャンパーと呼ぶ。風の速度とキャンパーの関係を調べる。
・翼に赤い木綿糸を４�Bぐらいずつに切って、キャンパーのある方とないほうに４本ずつつけた。風を当て糸の動きで風の動きを調べた。→糸が翼にくっついてしまってうまく行かなかった。
・絹糸、犬の毛、髪の毛などで試す。→だめ。
・セロファンを糸と同じように切って、つけた。→成功。翼に風を当てると、予想通り、キャンパーのある方につけたセロファンのほうが、わずかに強くはためいているような気がした。
キャンパーのある面の風のスピードのほうが、キャンパーの内包の面の風のスピードより大きいということが分かる。よって、キャンパーのある面の圧力が、ベルヌーイの法則で小さくなることがわかった。
［まとめ］
飛行機は揚力で浮いていること、紙で出来た翼の中に円い紙の筒を入れると安定して、整流板をつけようがつけまいが、あまり関係ないことがわかった。飛行機はどうやって風をだして揚力を起こしているのだろう。滑走路を走ってスピードをだす時に、風が起きるのでその風で揚力が発生すると思うが、本当はどうだろう。「航空・・飛行機の歩み」という本で確認してまとめた。
自分の考えよりもう少し複雑で、静止、滑走開始、浮き上がるの三つの段階で、働く力のそれぞれのバランスが決め手だった。図にかいてわかりやすく示した。
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2004校内優秀作品
◇ある日、家族で「お好み焼き屋」に行った。焼そばやお好み焼きを食べたあとにプーンといいにおいがしてきた。よく見るとさっきこぼした焼そばが鉄板の上でこげて黒くなっていた。さわってみると固いが、力を入れると粉々になってしまう・・・これは何なのだろうと思い、いろいろな「灰」について調べてみた。
［目的］
日常身近にあるいろいろな成分のものをガスコンロでもやしてみる。その時の燃え方や灰になるまでの変化、灰の状態に違いがあるか調べる。また、すべてのものはもやすと黒い灰になってしまうかどうかも確かめてみる。
［実験と結果１］
・燃やすもの・・(食品)なす、なし、乾めん、コーヒー豆、日本茶葉、麦茶、トリのささ身、カツオの切り身、食塩、砂糖。(金属)銅、針金、ステン針金、ユニクロ針金、スチールたわし。(その他)乾燥赤むし、卵のから、木、せっけん、ヘビ花火、お線香、竹。
・カセットコンロの上に金網をおき、その上にアルミホイルをおく。風に飛ばされないように工夫し、燃えるようすを観察しながら、燃えたらアルミホイルごと別の場所にうつして冷ます。冷めたら手触り、におい、pHなどを調べる。安全のために、大人と一緒に、戸外で風のない日に実験する。
・燃えやすくするために、乾燥したものや、なるべく細かくきざんだり、くずしたりしたものを使った。
・乾めん・・すぐには変化しない。少しずつ茶色に変わってから黒くなった。煙は白。香ばしいにおいがする。最後はめんに火がついて煙が多くなって燃えつきた。灰の手触りはやわらかい。灰の形はめんの形のままで、灰の粒は細かい粒になる。
・同様に他のものの特徴を調べた。そして、物質名と種類(成分)、燃え方、灰になるまでの変化、におい、けむり、灰になるまでの速さ、灰の状態、灰の色、pH、その他を整理して表にまとめた。
［まとめ］
・過熱され固体が溶けて液状になり、それから少しずつ固まってきて灰になるのは、ささ身、カツオ、砂糖、せっけんだった。油分などが関係しているのかもしれない。このようなものは灰になるまでけっこう長く時間がかかる。
・塩は最後まで表面的な変化が見られなかった。どうして灰にならないのかいつか調べたい。pH測定で中性の塩はアルカリ性に変わっていた。何かが変化したのだ。
・だいたいのものは熱を加えると茶色から黒へとこげて灰になる。黒い灰のものが多いが、中にはお線香のように白っぽい灰のものもあった。
・酸性のものも、灰になるとアルカリ性になってしまった。中性の砂糖や塩もアルカリ性に変わった。アルカリ性の固形せっけんの変化に興味があったが、やはりアルカリ性だった。灰になることにより、初めの成分を失ったり、何かが加わったりするのだろう。
・金属のように表面しか変化せず、とけたり灰にならなかったのは、加熱する時の温度が低かったからかもしれない。
・熱い夏休みに、長時間、この実験をして大変だった。もやしかたにいろいろと検討点をあげて、今後の課題にした。「燃やしたら」灰になると思っていたけれど、「加熱したら」灰になることがわかった。
［参考文献］
学研ハイベスト教科事典 化学
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2004校内優秀作品
◇おと年の夏、妹と家のベランダで水遊びをしていました。ころがっていたペットボトルに水を口いっぱいに入れて、とんと床においたら、ボトルの口から水がパッといきおいよく飛出してきて、頭からかぶってしまい、びっくりした。そのとき思った。「どうして水が飛出すんだろう。」「どうして水がこんなに高く飛ぶんだろう。」「もっと高く飛んだらおもしろいだろうな。」今回、ペットボトルを使ったいろいろな実験をしてみた。でも、図書館にいって調べてみても、参考になるような本は一冊もなくて、すごく苦労して考えて実験したが、はっきりした答えが出てこなかったのは残念だ。
［下調べ］
自宅にあったペットボトルを沢山集めて高さ、重さ、水をいっぱいに入れたときの重さ、中に入る水の重さ、口の内径、上から見た形、特徴を調べた。
ボトルNo.1 高さ20.5�B 重さ30ｇ 水いっぱい552ｇ 中の水522ｇ 口2.1�B
上から見た形は正方形、特徴は角形。
と、いったように、NO.13まで表にまとめた。また、横から見た形、上から見た形、下から見た形の写真を取り、比較した。
［目的１］
ペットボトルの大きさが大きい方が水は高いところまで飛び出るのではないかと思った。それで、ペットボトルの大きさによって、飛び出る水の高さに違いがあるのかどうかを調べることにした。
［実験と結果１］
・水をいっぱい入れたペットボトルをつるして、3�Bの高さから、大理石の板に落とす。落ちたときに飛び出る水滴の高さをかべにはりつけたものさしで測る。10回ずつおこなって平均した。最初に大きさのちがう３種類のペットボトルを使った。
・予想通り、大きいほど高く飛び出た。
［目的と実験、結果２］
・ペットボトルの口の大きさが小さい方が、小さい出口に水が集まってくるのでもっと高く飛び出るのではないか。口の大きさを変えたときに飛び出る水の高さがどのくらいちがうかどうか調べてみた。
・口の内径が2.1�B、3�B、1�Bの穴をあけたキャップを取り付けたもので実験した。
・内径1�B・・飛出した水の高さ36.2�B
2.1�B・・・・・52.4�B
3.0�B・・・・・29.7�B
予想とちがって、一番小さな口のものはあまり高く飛ばなかった。でも、一番小さな口のものはキャップに穴をあけたものなので、ペットボトルの底のほうから上がってきた水がうまく穴を通れなかったのかもしれない。
［目的と実験、結果３］
・ペットボトルの形はすごくたくさんある。水が高く飛び出る形があるのではないかと考えた。いろいろな形のものを使って、飛び出る水の高さと関係があるかを調べた。
・いつも水が高く飛出すペットボトルの形はないようだ。一番高いところまで水が飛び出たものは、角張ったふつうの形をしていた。
［目的と実験、結果４］
・逆さにしたとき、ペットボトルの中に入っている水が早く出るものほど、落としたときに高いところまで水が飛び出るのではないか。ペットボトルの中に入れた水が全部流れ出る時間と、飛び出る水の高さに関係があるかどうか調べた。
・早く流れ出るペットボトルを落としても、高いところまで水が飛び出るわけではないことがわかった。一番高いところまで水が飛び出るペットボトルは一番流れ出るのに時間がかかっていた。
［目的と実験、結果５］
・ペットボトルの底の部分もいろいろな形をしている。落としたときに大理石にぶつかるペットボトルの底の部分の面積が広い方が水は高いところまで飛び出るのではないか。
・スタンプ台で、ペットボトルの底のあとを方眼紙につけ、ますめを数えて、面積を計算した。
・ペットボトルの底の部分の面積が広くても、水は高いところまで飛び出るわけではない。
［まとめ］
実験1の結果から、ペットボトルの大きさは、大きい方が、水は高いところまで飛出した。ペットボトルを落とす高さは3�Bとおなじだが、水を入れたペットボトル全体の重さはボトルが大きくなるほど重くなるので、落ちたときに力が強くかかるのかもしれない。
実験2では水がキャップに垂直にぶつかるところがあるから、勢いが止められてしまうのかもしれない。なだらかなキャップをつけていれば、高いところまでとんだかもしれない。この次は改良してやってみよう。
実験3ではほとんど同じに見える角形ボトルの一つだけがすごく高くとぶのはどうしてだか分からない。
実験5では、ペットボトルの底はもっと平らで広い底が床にぺったりとくっついていると思っていた。スタンプしてみてびっくりした。ボトルの外側の本当に細い部分だけが床にぶつかっていた。一つのことで高く飛出すのではなく、いろいろなことが組合わさって水が高いところまで飛出すのかもしれない。水が飛出すまでのボトルの中の水の動きがスローモーションで見えればもっとよく分かるのにと思った。
夏のすごく熱い昼間に汗だくで１００回以上実験するから、10回の実験ごとに休息しながらやった。
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サイエンスグランプリ2004 佳作
◇ある日僕が夜でかけるときにドアを開けようとしたら、ドアを押すときとても重く感じた。僕はどうせお父さんがカバンでも起きっぱなしにしたんだなと思った。そこでのぞいてみたら何もなかった。次の日の朝、またドアをあけてみたら軽くあいた。不思議に思いドアが重かった理由を調べてみた。
［予想と確認］
まずドアが重かった夜と、ドアが軽かった朝でちがうところを調べてみた。
1. ドアが重かったときは夜、軽かったときは朝。
2. ドアが重かったときは扇風機がついていた。軽かったときは扇風機が切れていた。
3. ドアが重かったときは窓がしまっていたが、ドアが軽かったときは窓があいていた。
4. ドアが重かったときは、ファンが強だったが、ドアが軽かったときはファンがついていなかった。
1.はしかたがないので、2.から4.までのちがうところを順番に調べた。
2.→扇風機を入れてもドアは軽くあく。
3.→窓を閉めてもドアは軽くあく。
4.ファンを強に入れたらドアが重くなった。
ファンが関係していることがわかったので、ファンがどのようなことをする機械なのか、かとり線香の煙の動きで調べたら、空気をすっているものだとわかった。
どうやら、ファンが家の中の空気を吸い出し、さらに窓がしまっているため、外から空気が入らなくなり、家の中の圧力が外より低くなりドアが重くなったらしい。
［実験と結果］
実際に家の中の圧力が低くなっているだろうか。
窓の開閉、扇風機のON、OFF、ファンのOFF、強、中、弱の条件をいろいろ組み合せて、ドアが重くなったか、軽くなったか調べた。また、マノメーターという機械をつくって、家の中と外の圧力差を調べた。三回ずつ測定、平均を利用。
マノメーターのしくみ
透明なビニールチューブに
水を入れる。後ろはベニヤ板に
方眼紙をはったもの。
チューブの右と左の圧力の差が、
水面の高さの差になる。
圧力の高い方の水面が低くなる。
マノメーターの左右の差は最大5�@だった。
最大の時は、窓がしまっていて、扇風機は関係なく、ファンが強の時だった。
お父さんに教えてもらって、10�@の差があるとき、1�Cあたり1ｇの力が働いているとわかった。だから、5�@なので0.5ｇの力が働いている。
ドアの幅は８０�B、高さは２００�Bなのでドアの面積を計算して、ドアに働く力を求めると、8�Lだった。
［まとめ］
計算した結果、８キロも圧力が働いていたなんて、すごい力なんだ。身近にある圧力の研究をしてみたい。
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2004校内優秀賞
◇日本大学の実験教室で、液状化実験を見て、実験の手順や液状化のことを教えてもらったが、自分でも調べてみたいと思った。
［目的］
まず、液状化とはなにかについてまとめた。
1. ゆれの強さを弱、虫、強と変えることで実験の材料がたおれたり、浮いてきたりする時間をひかくすることによって、ゆれの強さと液状化の進み方の関係を調べる。
2. ゆれの強さは一定で、うめこむふかさを変えて倒れる速さを調べる。
［実験と結果1］
水そうに砂を入れ、表面に達しないくらいまで水を入れる。土かんのかわりにストロー、家のかわりに単３電池、電柱のかわりにボールペンを使い、水そうをマッサージきにのせ、それぞれの場合で強さをかえてかんさつする。
| 強さ | 時間 | コメント |
| 弱 | 60秒以上 | ストローは60秒たっても出てこなかった。水も少ししか出てこなかった |
| 中 | 33秒 | ストローは21秒で出始め、33秒で完全に出た。水たまりになっているところから出た。 |
| 強 | 16秒 | ストローは8秒で出始め、16秒で完全に出た。出る時、とてもいきおいよく出た。 |
家の電池、同様に観察して、結果を表にまとめた。
電柱のボールペンではゆれの強さを強一定にして、うめこむふかさを2�Bから、3、４、5�Bまで変えてたおれる速さを比較した。→最初はゆっくりかたむいていくが、途中でかたむくのが止まる。つきさす深さが深いと、倒れる前に液状化が終ってしまい、いくらそのあと揺らしても倒れない。
［まとめ］
・ゆれの強い方が液状化が起こりやすい。
・地中にふかくうまっている方がたおれにくい。
・液状化した後の砂は、水分がなくなって固くなる。
土かんはストローより重たいものを使えばよいと思った。電柱実験を深さを変えて続けておこなった時、ボールペンはなかなか倒れなかった。そのことによって、下のほうの砂が水分がなくて固いことに気付いて、本当の地震では、一回液状化したところは当分液状化しないことが分かることが出来た。実験は失敗したけれど、そのおかげで新しい発見をすることが出来た。