涼しくなれる!自由研究は室内で手軽に【すぐ出来る・気付きのある自由研究テーマ・ネタ 特集】





この暑い夏、外に出たり動くのは嫌ですよね。

そこで、自宅で簡単にできて、涼しくなれる自由研究をご紹介!(今すぐ始められて一日ですぐに終わる、簡単な実験も多く取り上げています!)

扇風機で涼しい風を!

夏と言ったら扇風機、これを自作・研究して見るのも面白いのでは。

小型のモーターにペットボトルなどで作った羽をつけ、電池と接続すれば扇風機の形になります。

実際に自分の手で作って見ると、羽根の大きさや取り付ける角度、使用する電池の数やつなぎ方によって風の強さや向きが変わるのが感じられます。

扇風機の羽根は回転しているのにどうして回転と垂直な方向に風が吹くのか?という問題を実体験として捉えることができます。ななめの羽根が空気を押し出すために風が生まれるというのは、なかなか気づきにくいことです。

少し難しい話になりますが、この実験では普段は意識しない「流体への力の加わり方」や「流体から受ける力」を考えることになります。考えてみれば風を感じられるのは空気が体に力を加えているからなので、逆に羽根に力を加えられた空気が動いて風になるのは当然なのですが、日常生活で考えることはあまりありません。

水などの液体も同様で、流れるプールや船の推進用プロペラも流体と固体の間で力がかかっているわけです。

私たちが泳げるのは水を押せるからであるということ、飛行機が飛べるのは扇風機と逆で羽根を空気が押すからであるということにまで気づけると研究としては大成功です。

また、羽根をつけたストローに竹ひごを通すなどして上下動する羽根を作り、横から風を当ててみるのも実験方法の一つです。

風の強さと羽根の角度に応じて上向き、あるいは下向きの力がかかって羽根が上下に動くのが分かります。ちょっとした飛行機の空力実験のようなもので、揚力をどうやって得ているか分かりますね。

水の気化熱で涼しい空気を!

プールに海と夏には欠かせない水!水の涼しさはとても簡単な実験で確かめられます。

ところで、夏は気温だけでなく湿度も気になりますよね。この湿度ってなんなのか、というのは中学の理科まで学習しません。これは結局空気中にある水蒸気(気化した水)の量なので、「湿度が高いと蒸し暑い」というのは当然なわけですね。

さて、水は日常生活の中で最もよく状態変化を見る物質ですが、気体となると目に見えないのが厄介です。そこでやかんや風呂で実験してみましょう。

「状態変化」ってなに?

あったまってできた湯気はどんどん上がっていき、じきに気体となって見えなくなります。少量のお湯を熱したり、コップの水をしばらく放置して水位を確認すると、水が減っているのが分かると思います。

また、逆に冷えたものを置いておくと、表面に水滴がついているのが分かります。

この「結露」は、冷たい飲み物を入れたコップや、冬は窓ガラスでも見られます。冷えた水蒸気が水に戻るわけですね。

固体、氷はもちろん日常的に分かるように冷えると固体に、温まると液体になります。アイスが溶けるのもそういうわけですね。

こうした現象から、状態変化というものがあって、それが温度差や温度変化と常に隣り合わせであるということに気づけるといいですね。

「気化熱」を利用して、すずしくなろう!

涼むには、もちろんより冷たい氷などを用いるのもいいですが、ここでは水の涼しさを考えたいと思います。

「プールを出た後の寒さ」を疑問に思ったことはありませんか。気温より水温の方が低いので、外に出た方が寒いというのは不思議な話です。

これは「気化熱」というもののしわざなのです。これは、水が水蒸気になる時など、液体が気体に状態変化する時に周りの熱を奪うことで、温度が下がって涼しくなるわけです。

冷えたものを持つと、そのものがつめたいだけでなく、結露でついた水滴が蒸発することによる気化熱でも涼しさを感じることができます。

では、実際この気化熱がいかほどのものか、実験してみましょう。

超簡単、コップやバケツなどの容器に水を入れ放置するだけです。水の中と水面の上と外気の温度をそれぞれ計ることで、水温、気温、気化熱の影響を受けた空気の温度を計測でき、効果が測定できるわけです。一時間ごとに確認して表やグラフを作ってみましょう。また、周りの空気の湿度も合わせて考えたときに、どういう条件下で効果が出やすいのかを考えてみるのもいいです。

もちろん暑いほど、乾燥しているほど、水は蒸発しやすくなるので、気化熱が大きくなり、より効果が大きくなります。これを実験で確認してみましょう!

ちなみにこの気化熱は実は夏の必須アイテムであるエアコンにも使われています。

なぜエアコンから冷たい空気が出るのか、というと、それは冷媒と呼ばれるものを循環させているからなんです。本体では冷媒を気体にすることで室内を冷やし、室外では液体にすることで排熱します。これは冷蔵庫も同じ原理で、エアコンの室外機や冷蔵庫の裏側が熱いのはこのためなんですね。

まとめ

暑くて外に出たくない、そんな日本の夏だからこその「涼しさを科学する」実験で、夏は涼しく、自由研究は楽しく簡単にしましょう。日常生活の中で疑問や気づきを得られれば研究は大成功です。

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この記事を書いたライター

甲斐 匠人学生ライター
都内公立中から開成高校に進学、校内外問わず様々な活動に参加しています。
多くの人と同じ体験も、異なる体験もしてきました。そこから得た視点や技能をみなさんに活かしてもらう為に努めてまいります。