【中１】「佐野市理科研究展覧会」最優秀賞③

中学１年生の部で「第１７回佐野市理科研究展覧会」最優秀賞を受賞した磯部碧唯さん（２組）の作品について紹介します。研究題目は「ペットボトルをあけると、なぜ煙ができるのか」です。

皆さんは、ペットボトルのふたを開けた瞬間、空気の入った隙間に、白い雲のような煙が発生するのを見たことがありますか？　

「そう言われれば、見たことがあったかもしれない」と思い出したり、「確かに見たことある」とうなずく人もいるかもしれません。しかし、ほとんどの人は、それでおしまいのはずです。なぜ、煙がでてくるのか、どういうときに出てくるのかを突き止めてみよう、と実際に行動する人は、まずいません。おそらく、自分もそうだと思います。

磯部さんは、そうした疑問をそのままにせず、解明しようと思いました。
具体的には、どんな種類の飲み物の時、煙が発生するのか、煙はどうやって発生するのか、どういう条件の時に発生しやすいのか、こうした疑問を実験することで明らかにしていきました。これこそ探究です。それでは、どんな実験をしたのか、見ていきましょう。

実験１：煙が発生するペットボトル飲料は何か。

→煙ができたものは、すべて「炭酸飲料」であることが分かりました。このことから、「炭酸飲料から二酸化炭素がでていくことが、煙ができることに関係がありそう」と考察しました。

実験２：ペットボトルのふたをあけると、どのくらい軽くなるか。

→実際に、炭酸飲料はふたをあけると、二酸化炭素が出ていくため、かなり軽くなることがわかりました。このことから、「炭酸飲料から二酸化炭素が出ていくと、なぜ煙が出来るのか？」という新たな疑問が生じました。

実験３：気体が出ていくと温度は変わるか？

→風船から空気が抜けると、温度が２℃以上下がることがわかりました。このことから、「炭酸飲料から気体（二酸化炭素）が抜けると温度が下がり、空気中の水蒸気が冷やされて水滴になる、これが煙になるのではないか」という仮説を立てました。

実験４：気体がぎっしり詰まったスプレーから気体を出した後のスプレー缶の温度変化を調べる

→スプレーを使うと、スプレー缶の表面の温度が２℃くらい下がり、冷たくなることが分かり、仮説の前半を裏付ける結果が得られました。

実験５：空気を冷やすと、煙（水滴）ができることを調べる

→ペットボトルを冷やすと、ペットボトルの周りに水滴がついてきましたが、煙はできませんでした。しかし、凍らせた保冷剤やドライアイスの周りには煙ができました。このことから、空気が冷えると、煙（細かい水滴）ができることがわかり、仮説の後半を裏づける結果が得られました。

実験６：煙ができるときの炭酸飲料の温度と気温との関係を調べる。

→仮説を活用した応用の実験です。まず、炭酸飲料の温度が高いと多くの二酸化炭素が逃げることがわかりました。そして、逃げる量が多いほど、ペットボトル内の気体の温度が下がり、炭酸飲料と気温との温度差が大きいほど、たくさん煙が出ることがわかりました。これで、煙が出来るメカニズムが解明されました。

（まとめ）これらの実験から、以下のことがわかりました。

１　炭酸飲料は、ふたをあけたときに煙が発生する。
２　炭酸飲料は、二酸化炭素がたくさん溶けていて、ふたを開けると二酸化炭素が逃げるので、「プシュッ」と音がする。
３　気体が逃げる時、温度が下がる。
４　温度が下がると、空気中の水蒸気が冷やされて煙（水滴）となる。
５　炭酸飲料の温度が気温よりも高いときに、煙（水滴）がたくさん発生する。
６　炭酸飲料と気温の温度差が大きいほど、たくさん煙が発生する。


このように、一つの実験がつぎの謎を生み、それを突き止めるための仮説を立て、次の実験を考える、というように探究はどんどん深まっていきました。その結果、ペットボトルをあけた時の煙が発生するメカニズムを解明することが出来ました。これは、素晴らしい研究だと思います。

磯部さんの研究の最後に「感想」として、こんなことが書かれていました。
「ペットボトルのふたをあけると煙がでるというのは何気ないことだけど、実はいろいろな科学現象が関係していることがわかりました。きっと身の回りで普段何気なく見ていることの中にも科学現象が関係していることがたくさんあるのだろうなと思いました。」

身の周りの現象が科学でできている、ことに気付くと世界が変わって見えるかもしれません。もちろん、磯部さんも「才能あり」です。いい研究に出会えてよかったですね。