中学生の研究です |
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（総評） ＊各タイトルの後にある★印の年度とタイトルは、当HPで御紹介した過去の関連実験の報告です。今回御紹介している作品とあわせて、ぜひ参考にしてください。 |
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★2004年 ユニーク 3年 和田健太郎「太陽とかげ」
★2005年 類似-J- 3年 S. S. 「光のぞうのけんきゅう」
★2005年 類似-J- 4年 勝山 茉奈 「月の不思議」
◇夏休みにオーストラリアに行った。夜、空を見上げると、月の形が日本と違うことに気がつき、写真に撮った。日本に帰ってきてから月の写真を撮り比べた。
［まとめ］
形が違う理由を月の見え方から調べまとめた。同じ月を見ても、見る位置(北半球と南半球)によって、月の見え方が違う理由がわかった。
日本人は上弦の月は右側が明るく、下限の月は左側が明るいと思っているが、ブラジル、オーストラリア、南アフリカなどの南半球では、上弦の月は左が明るく、下限は右側が明るく見える。カレンダーにもその通りの絵が書いてある。
地球儀のまわりに月をおいてみると実感できる。南半球では南側を頭の上にしているので、北半球と逆さまになる。
［感想］
最初オーストラリアの月を見た時は、予想外の月の形に驚いた。オーストラリアの月は、日本の月とまったく反対の形になるのではと思ったからだ。今回、月のことを調べ、月が場所によって形が変わって見える理由がわかった。こういうことに気がつくということはなかなかないと思うので、今回の事は忘れないようにしたいと思う。
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★2001年 うさこ 6年 手塚 光紗 「お茶の研究」
★2001年 うさこ 5年 萩原 沙織 「紅茶の色はなぜ変わる?」
◇紅茶にレモンを入れると色が変わるのを見て調べてみた。
［実験１と結果］
I. レモンを入れると色は紅茶の色はどう変化するか、またリトマス紙の変化も調べた。
紅茶は薄くなり、リトマス紙の結果は酸性。
II. レモンのどの部分が変化させるのか、皮と果肉を分けて調べた。
変化は果肉だけ。
［実験２と結果］
I. スイカ、ブドウ、オレンジ、ビタミンC剤で調べた。
ビタミンC剤のみ色が変わった。
ビタミンC剤の成分表をみるとビタミンC以外の物質も含まれているため、ビタミンCが紅茶の色を変化させたとは断言できない。
レモンと似たオレンジを入れた紅茶の色が変化せず、酸性にもならなかったのが意外。
II. 酸性が色を変えているのか調べる。
酢、クエン酸、梅干しのすべてで色が薄くなった。クエン酸が一番色が薄い。
酸性の物が紅茶の色を薄く変化させる。インターネットで調べてみると、レモンに含まれるクエン酸が紅茶の色を薄くさせていることがわかった。
［実験3と結果］
I. 酸性で色が薄くなるなら、アルカリ性では濃くなるか。
紅茶に重曹を溶かしてみると濃くなった。
紅茶にアルカリ性の物を溶かすと色は濃くなる。
II. ハチミツを入れると紅茶は色が濃くなる。何故か。ハチミツはアルカリ性か?
リトマス紙で調べるとハチミツは中性。
では、糖分のせいで濃くなるのか?
上白糖、三温糖、黒糖では、黒糖のみが濃くなった。他の糖分を含む食品では変化が見られない。
黒糖とハチミツに含まれるものが色を濃くすると考えられる。
インターネットで調べてみるとハチミツに含まれる鉄分と紅茶に含まれるタンニンが反応して色を濃くするらしい。黒糖でも濃くなったのは、ハチミツと同様ミネラルが豊富なため反応したと思われる。
［実験4と結果］
I. 鉄分を含む食品では色が濃くなるか。
ほうれんそうをすり潰して水でうすめて漉したもの、ミネラルウォーター、共に中性。
ほうれんそうは色が濃くなった。
ミネラルウォーターはかなり硬度の高いものを使ったが色は変化しなかった。
II. ハチミツ、黒糖、ミネラルウォーター、ほうれんそうの4つを一日放置して沈殿物(鉄と反応してできたもの)ができるか調べた。
ハチミツは黒っぽい沈殿物ができ、黒糖は変化しなかった。ミネラルウォーターは水面に膜ができた。ほうれんそうは緑色の沈殿物ができた。
III. せっかく作ったので、飲めるものだけ飲んでみた。
［感想］
ハチミツを紅茶の中に入れることによって化学反応が起きているのを知って、化学反応は思っていたよりも身近なものなのだと実感できた。他の身近なものにも、化学反応が関係しているかもしれないと思い、これからいろんなものに気を付けてみていきたいとも思った。
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◇ウーロン茶を飲むとやせると聞くけれど、それはどうしてなのか。脂肪のとけ方をその他の飲み物と比べてみることにした。
［実験１と結果］
ウーロン茶と水でどちらの方がマーガリンを溶かしやすいか調べる。
ウーロン茶とお湯を同量、湯せんで35℃に保っておく。2枚のアクリル版にマーガリンを塗って、それぞれのコップに入れて溶けるまでつけておく。
その結果、ウーロン茶の方が速く溶けた。水よりも脂肪を溶かしやすいことがわかった。
［実験２と結果］
ウーロン茶の濃さを変えた時のマーガリンの溶けやすさを同様にして調べる。
その結果、濃いウーロン茶、中くらいのウーロン茶、薄いウーロン茶の順に溶けた。
ウーロン茶は濃いほど脂肪を溶かしやすいことがわかった。
［実験3と結果］
ウーロン茶とそれ以外の飲み物でマーガリンの溶けやすさをくらべる。
ウーロン茶、コーヒー、ジュースについて同様に調べた結果、ウーロン茶、コーヒー、ジュースの順で溶けた。他の飲み物と比べても、ウーロン茶は脂肪を溶かしやすい。
［まとめ］
この実験によって、ウーロン茶だけでなく、ジュースやコーヒーのマーガリンの溶け方もわかってよかった。目の前でマーガリンがウーロン茶に入れた時にどんどん溶けていくのが感動的だった。けれど、ウーロン茶は脂肪吸収を押さえるだけで、体の脂肪までは溶かしてくれないことが分かり少しがっかりした。
［資料］学研。
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★2005年 くまたろう 3年 姫野美南「太陽の熱で水をあたためる研究」
★2004年 類似-とうふ- 3年 C.K. 「海の水から作った手作りの塩」
★2001年 くまたろう 6年 八木 優 「熱海の海の濃度調べ」
◇私は父に、サウジアラビアでは海水を真水に変えるために、大量の石油を消費しているという事を教えてもらった。大量の石油を消費するという事は、二酸化炭素増加の一因にもなり、貴重な化石燃料の無駄遣いになると思う。そこで、燃料をなるべく使わないようにして、海水を真水に変える方法を、みつけようと思ったのである。
現在サウジアラビアで使用されている海水を真水にする機械は二種類ある。一つは多段フラッシュといい、海水を蒸発(フラッシュ)させたものを再び冷やして真水にするという方式である。この方法なら多量の淡水を作り出す事ができるが、そのかわり多量のエネルギーの投入が必要だ。
もう一つは逆浸透といい、海水に圧力をかけて逆浸透膜と呼ばれるフィルター(一般的にはろ過膜)に通し、淡水にこし出す方式だ。
誰が見ても解るように環境に絶対的に悪いのは多段フラッシュ方式だ。
そこで、燃料の変わりに太陽光を使ってはどうだろうかと考えた。太陽光なら真水を必要とする中東にさんさんと降り注いでいるし、なくなってしまう心配もないからだ。
［実験１結果］
太陽光を効率的に集めるために、広口びんの下半分にロウソクで煤をつけてから、カラーボックスの上にステンレス生の皿を置き、その中に食塩水入り煤付きの広口びんを入れて温度を調べた。
20分おきに温度変化を調べグラフにした。
二時頃から微妙に曇って来てしまったのではっきりしないが、太陽光を集める事によって水温は51℃まで達した。沸騰させる事はできないが、51℃くらいには上がる。
［実験２結果］
蒸発した水蒸気を水に戻すために冷やす装置クーリングチューブを作った。
また、減圧沸騰ができるかを試みたができなかった。
食塩水から真水を作る装置を完成させた。
食塩水は太陽光だけで５１℃になるので、そこまで燃料を使ってあげるのにかかる時間を調べた。その結果、3分かかった。
そのまま92℃まで沸騰するのに6分31秒、蒸留水が10ccたまるのには蒸留水が出て来てから8分24.8秒かかった。
［まとめ］
サウジアラビアのNo.4プラントでは、一日22万ｔの淡水が作られている。日本では五時間で27℃水温が上がったが、サウジではもつと早いに違いない。一日の内約三分の一と考える。約7万ｔ分の海水が太陽光を使う事によって24℃から51℃にあげる事が可能になる。ここで7万ｔの24℃の水を51℃にあげるのにいる熱量を計算すると、18億9千万kcal。A重油の使用量に直し、二酸化炭素がA重油一�Pにつき1.48kg出ることから、ここで300tの二酸化炭素が削減できる。
お湯を湧かして10ccの蒸留水をとるのは、24℃からと51℃からでは時間が違った。一日のうち三分の一太陽の熱が使えると、同じ時間、燃料、二酸化炭素の排出量で、よりたくさんの水がとれる。つまり、蒸留器の効率が上がる。
計算してみると17％多くの水をつくりだせる。
つまり太陽光を併用することで余分に作りだせる水は約12000tなので、年間の水の使用量を日本をもとに考えて600tとすると20件の家が一年に使う量の水を三分の一日で作れる。
太陽光を使うことにより、造水装置の効率がよくなるとよい。
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★2001年 うさこ 6年 足立憲彦 「自転車について」
2007サイエンスグランプリ・佳作
◇日本科学館を訪れ、身の回りにある機械のしくみなどについて興味があったので5階の「メカの展示室」を見学してみた。
［展示場所F］「びっくり25200000回」
手元の小さな歯車を25,200,000回ハンドルで回転させることによって、私の身長ぐらい大きな歯車がか1回転するので驚いた。32個の歯車が組合わさって巨大歯車が動く。
歯車の動き方をよく見てまとめた。
(気付いた事)
・右回転の歯車に噛み合う、もう1つの歯車は左回転(逆回転)になっていた。
・小さい歯車が1回転しても大きい歯車と噛み合うと、歯車が多いので、1回転せずにゆっくりまわっているように見える。
・歯車についている輪軸はもう一方の歯車も同じ方向に回転させていた。
・小さな力を加えても、歯車の組み合わせによって大きな力に変えることができるのだろうかと感じた。
［展示場所L］「ギア相撲」
大小２つの歯車について、力関係を腕相撲を通して体験した。
図の2を持った父が勝と思ったら、1の私が勝ち、小さい歯車は大きい歯車を動かした。
歯車の直径が２倍になると、この場合は歯数も２倍になっていた。つまり、小さな歯車が２回転すると、噛み合う大きな歯車は、1回転することになる。
［展示場所I］「ドレミ・・・」
平歯車が横の方向に動力を伝えるのにたいして、「すぐば傘歯車」は直角に動力を伝える。伝える動力の方向を変える働きがあるのだろうと思う。
自動演奏がされていて楽しかった。歯車の突起の間隔を狭くすることによって、もっと頻繁にベルを鳴らせるのだろうと思った。オルゴールのしくみに似ているのかな。
［その他］
他、展示場所C「メカ楽器『のこぎり』」や、歯車の種類、手回し鉛筆削りのしくみと歯車の関係を調べまとめた。
［まとめ］
この研究を通して、いろいろな歯車の種類や働きがあることが少しずつわかってきた。まず、歯車にはさまざまな形があって、役目も違うことに気付いた。普段何気なく使っている「鉛筆削り」も、遊星歯車によって動かされていることを知り、楽しかった。身の回りにある、いろいろな物に歯車が使われていることがわかった。
［参考文献］
日本大百科全書
玉川児童百科大辞典。