🔬 科学・実験
水が氷になると、かさは増えるのか
同じ量の水を凍らせて、氷になったときにかさがどれだけ増えるかを測ります。
ジュースを凍らせたら容器がふくらんでいた、という経験はありませんか。ふつう、物は冷やすと小さくなります。金属も空気も、冷やせば縮みます。ところが水だけは、氷になるときに逆にふくらみます。小学校の理科では「水が氷になると体積が増えること」を学びますが、どれだけ増えるかまでは習いません。目盛りのついた容器で測れば、その数字を自分で出せます。冬の水道管が破れる理由も、この実験の先にあります。
必要なもの
| 材料 | 分量 | 代替案 |
|---|---|---|
| 同じ形の容器 | 3個 | 目盛りつきのプラスチック容器。ガラスは使いません |
| 計量カップ | 1個 | 水をきちんと量る |
| 油性ペン | 1本 | 水面の高さに線を引く |
| じょうぎ | 1本 | 線の高さをミリで測る |
| 冷凍庫 | — | 家庭のもので十分 |
| 水 | 300mLほど | 水道水と湯ざまし水の2種類 |
| タイマー | 1台 | 時間をそろえる |
| カメラ | 1台 | 同じ角度で写す |
| 記録用紙 | 1枚 | 高さと時間を書きこむ |
手順
予想を書く
何をする：氷になったとき、かさは増えるか・減るか・変わらないかを予想します。
どうやる：「増える」「減る」「同じ」のどれかと、その理由を書きます。数字まで予想できるとさらによいです。
なぜ：冷やすと縮むという経験のほうが多いので、予想が割れます。そこが調べる値打ちです。
水面に線を引く
何をする：3つの容器に同じ量の水を入れ、水面の高さに線を引きます。
どうやる：計量カップで100mLずつ量って入れ、油性ペンで水面に線を引き、じょうぎで底からの高さをミリで測って記録します。
なぜ：あとで「どれだけ増えたか」を出すために、凍らせる前の高さが必要です。
冷凍庫に入れる
何をする：ふたをせずに、平らな場所に置きます。
どうやる：3つとも同じ場所に、同じ向きで置きます。ふたをすると押し上げられて外れることがあるので、ラップを軽くかけるだけにします。
なぜ：置き場所で凍る速さが変わります。同じ条件にそろえます。
時間ごとに見る
何をする：1時間ごとに、凍り具合と水面の高さを記録します。
どうやる：冷凍庫を開ける時間は10秒までにします。写真は同じ角度から写します。
なぜ：どこから凍り始めるか、いつふくらみ始めるかが見えてきます。
完全に凍ってから測る
何をする：中まで凍ったら取り出し、盛り上がった高さを測ります。
どうやる：底から氷のいちばん高いところまでをミリで測り、はじめの高さと引き算します。増えた割合も計算します。
なぜ：「増えた」で終わらせず、何パーセント増えたかまで出すと研究になります。
観察ポイント・記録の取り方
- 水面はどこから凍り始めるか（上・下・まわり）を記録します。
- 凍ったあとの表面が、平らか盛り上がっているかを写真に残します。
- はじめの高さと、凍ったあとの高さの差をミリで書きます。
- 増えた割合＝（増えた高さ ÷ はじめの高さ）× 100 を計算します。
| 容器 | はじめの高さ | 1時間後 | 3時間後 | 凍ったあとの高さ | 増えた割合 |
| ① | |||||
| ② | |||||
| ③ |
つまずきやすいポイント
⚠️ 水を入れすぎる
なぜ：ふくらんだぶんが容器からあふれて、正しく測れません。
対処：容器の高さの3分の2までにします。
⚠️ ガラスの容器を使ってしまう
なぜ：氷がふくらむ力で割れることがあります。
対処：割れないプラスチックの容器を使います。
⚠️ 表面だけ凍って中は水
なぜ：時間が足りていません。
対処：中心にようじをさして、かたいことを確かめてから測ります。
⚠️ 3つの結果がばらばら
なぜ：容器の形や置き場所がちがっています。
対処：同じ形の容器を、同じ棚の同じ列に並べます。
発展アイデア
- 水道水と湯ざまし水（一度沸かして冷ました水）で、白いにごりの出方を比べる。
- 食塩水を凍らせて、凍り始める温度と増え方がどう変わるかを調べる。
- 牛乳・ジュース・お茶を同じ量ずつ凍らせて、増え方を比べる。
安全上の注意
- 冷凍庫の開け閉めは短く、手をはさまないようにします。
- ガラスの容器は使いません。氷がふくらむ力で割れることがあります。
- 凍らせた食品を実験に使ったら、そのあと食べるかどうかを大人と決めます。
- 取り出した氷を素手で長く持たないようにします。皮ふがはりつくことがあります。
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。
「予想」「はじめの高さの写真」「1時間ごとの変化」「凍ったあとの高さ」「増えた割合の計算」の順にまとめます。
同じ角度で写した2枚（前・後）を並べると、ふくらんだことがひと目で伝わります。
タイトル例：
- 水は凍るとかさが増えるのかを調べる
- 氷になると何パーセントふくらむか
- 水だけがちがう——凍ると増える体積の研究
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