【中1 物理 圧力と体積】
今回は、マシュマロを用いて圧力の説明モデルを作成してみました。
動画
【減圧からの加圧バージョン】
・準備物
マシュマロ（ペットボトルの口径と同じサイズだと扱いやすい）、炭酸キーパー
・操作手順
- マシュマロを、破損が無いようにペットボトル内部に入れる。(※個数は1～5個程度で十分。マシュマロが小さいので、数が多い方が膨張と収縮が観察しやすい？ただ、1個の方が元のものと比較しやすい。)
- 炭酸キーパーで加圧させ、様子を観察する。また、ポンプが押せなくなったら加圧を止め、元のマシュマロと比較してみる。
- 蓋を開けて減圧し、様子の変化を観察する。
原理
加圧、つまり圧力（単位面積当たりにかかる垂直に押す力）がかかるとマシュマロは縮んだ。しかし減圧、圧力を弱めるとマシュマロは元の大きさに膨らんだ。これは、内部に空気が含まれているために膨張と縮小が可能になっている。スポンジを押したり手を離したりした時と同じである。今回は、減圧→加圧が主流のマシュマロ実験を、加圧→減圧とイメージしやすい順で行えるように取り組んだ。空気を加える加圧と、力を加えていた空気を逃がして減圧することで体積に変化が起きるモデルとして圧力の単元で使用できると考える。
大きな減圧容器があれば大きなマシュマロを用いることが出来、迫力が出るためそちらもオススメである。ただ、あくまで説明できるのは圧力が体積に及ぼす影響であり、圧力が面積と力に関係するものであるとは示しにくい。マシュマロを用いたいなら、マシュマロを同じ力で、鉛筆や太いパイプなどで押してみるのもよいかもしれない。
マシュマロが膨らんだ時（内部の空気が膨張して元に戻るとき）、白い靄が見えたが、これはマシュマロ内部に含まれる水が水蒸気になり、減圧したときに雲のようになると考えられる。雲についての記事はこちら→雲を作る実験をしてみよう！ - VCPteam’s blog (hatenablog.com)
仮に、この実験を何度も行うと、内部の水分が抜けて元の大きさには戻らなくなるのかもしれないが…（含まれている水分量と出ていく水分量、出ていった水蒸気は内部に再び戻らないのか等の疑念があるためにどうなるかは不明）
ちなみに、圧力関連で、トラックが普通の車よりもタイヤを多くつけるのはなぜかという問いがある。これは、多くの荷物を積むトラックが重さに耐えられる様に、多くのタイヤで重さを分散して担う目的がある。圧力観点で見れば、重さのある面をタイヤ一つで支えるよりも複数のタイヤで支えた方が、一つのタイヤにかかる圧力が低下して運びやすく耐久力もでる、といった感じである。もしくは、タイヤの接地面が増えるにつれて地面に対する圧力が減り、多くの荷物を乗せても地面に沈んだりせずに運転できるとも説明ができる。
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※都留文科大学理科教育の一環
