🔬 科学・実験
浮沈子を作って、沈むしくみを調べる
ペットボトルの中に小さな浮きを入れ、外から押すだけで沈めたり浮かせたりできる装置を作って、そのしくみを調べます。
ペットボトルを押すと、中の浮きがすっと沈み、手をはなすと浮き上がります。手はボトルにさわっているだけで、浮きにはふれていません。押した力は水を通ってすみずみまで同じように伝わり、浮きの中の空気を小さく押しちぢめます。空気が小さくなると、そのぶん浮きの中へ水が入って重くなり、沈みます。手をはなすと空気がもどって軽くなり、また浮きます。潜水艦が浮き沈みするのと同じ考え方で、力の伝わり方と浮力の両方を、一度に目で確かめられます。
必要なもの
| 材料 | 分量 | 代替案 |
|---|---|---|
| 炭酸用のペットボトル | 1本 | 500mL。丸くて厚いものが押しやすい |
| 魚の形のしょうゆ差し | 1個 | お弁当用。ふたつきのもの |
| ナットまたはクリップ | 2〜3個 | しょうゆ差しの口につけるおもり |
| 水 | 適量 | 水道水でよい |
| 深めの容器 | 1個 | 浮き具合を調整するときに使う |
| キッチンペーパー | 数枚 | こぼれた水をふく |
| 油性ペン | 1本 | 水面の位置に印をつける |
| 定規 | 1本 | 沈む深さをはかる |
| ストップウォッチ | 1台 | 沈むまでの時間をはかる |
| 記録用紙 | 1枚 | 結果を書きこむ |
手順
浮きを作る
何をする：しょうゆ差しにおもりをつけて、浮きを作ります。
どうやる：しょうゆ差しの口にナットをはめます。ふたは閉めたままにします。
なぜ：おもりがないと軽すぎて、押しても沈みません。
浮き具合を合わせる
何をする：深めの容器に水を入れ、浮きがぎりぎり浮くように調整します。
どうやる：しょうゆ差しの中に、少しずつ水を吸わせます。頭がほんの少しだけ水面から出る状態が正解です。
なぜ：ここが実験の成否を決めます。浮きすぎると押しても沈まず、沈みすぎると最初から沈んだままになります。
ボトルに入れて満水にする
何をする：ペットボトルに浮きを入れ、口まで水を満たしてふたを閉めます。
どうやる：水はあふれる直前まで入れます。空気が残らないようにします。
なぜ：中に空気が多いと、押した力が空気に吸収されて浮きまで伝わりません。
押して沈める
何をする：ボトルの横をにぎって、浮きが沈むかを確かめます。
どうやる：両手でゆっくり力を加えます。強くにぎるほど深く沈みます。
なぜ：押す力の大きさと沈む深さの関係が、この装置の中心です。
強さを変えて記録する
何をする：にぎる強さを変えて、沈む深さと時間を記録します。
どうやる：「軽く」「ふつう」「強く」の3段階で、それぞれ3回ずつ、沈んだ深さを定規で読みます。
なぜ：力と結果を数で残すと、感想ではなく実験の記録になります。
観察ポイント・記録の取り方
- 押したとき、浮きの中の水面が上がることを横から観察します。
- 手をはなしたとき、浮きが元の位置にもどるまでの時間をはかります。
- にぎる強さを変えたときの、沈む深さを記録します。
- ボトルの中に空気を少し残した場合と、満水の場合を比べます。
| にぎる強さ | 沈んだ深さ | 沈むまでの時間 | 気づいたこと |
| 軽く | |||
| ふつう | |||
| 強く |
つまずきやすいポイント
⚠️ 押しても沈まない
なぜ：浮きが軽すぎるか、ボトルの中に空気が多く残っています。
対処：しょうゆ差しにもう少し水を吸わせ、ボトルは口まで満水にします。
⚠️ 最初から沈んだままになる
なぜ：しょうゆ差しに水を入れすぎています。
対処：水を少し出して、頭がわずかに水面から出るところに合わせ直します。
⚠️ 手をはなしても浮き上がらない
なぜ：浮きの中に水が入りすぎたか、ふたが外れています。
対処：浮きを取り出し、水の量を調整してふたを閉め直します。
⚠️ ボトルがかたくて押せない
なぜ：お茶や水用のうすいボトルは形がくずれ、炭酸用は厚くてかたいことがあります。
対処：500mLの炭酸用で、手のひらに収まる太さのものを選びます。
発展アイデア
- 浮きを2個入れて、押す強さで沈む順番が決まるかを調べる。
- 水のかわりに食塩水を使い、浮き具合がどう変わるかを比べる。
- しょうゆ差しのかわりにストローとクリップで浮きを自作して、性能を比べる。
安全上の注意
- ペットボトルを強くにぎりすぎると、ふたが飛ぶことがあります。顔を近づけないようにします。
- ナットやクリップは小さいので、小さい弟や妹が口に入れないところで作業します。
- 水がこぼれた床はすべります。すぐにふきます。
- われたペットボトルやとがったナットは使いません。
まとめ方（発表・レポート）
模造紙1枚またはスライド6枚がおすすめです。
「作り方の写真」「押す前と押したあとの写真」「にぎる強さと沈む深さの表」「グラフ」「分かったこと」の順にまとめます。
押す前と押したあとを同じ角度で写した2枚が、いちばん説明しやすい資料になります。
タイトル例：
- ペットボトルを押すと沈むのはなぜか
- 浮沈子のしくみを調べる
- 手をふれずに沈める 水と空気の実験
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