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今回のテーマ
「液体の表面張力を紙クリップや豆で実験してみよう」
「コップに水がなみなみ入っているけれど、あと少しだけなら入るかも……」そんな経験はありませんか？水には、自分たちの分子同士でギュッとくっつき合い、表面をできるだけ小さくまとめようとする表面張力（ひょうめんちょうりょく）という力が働いています。
この実験では、紙クリップや豆といった身近な道具を使って、この「水の透明な膜」がどれくらい強いのか、どんな時に壊れるのかを、自分の目で確かめてみます。
自由研究の目的
- なぜアメンボは水の上をスイスイ歩けるのか？
- なぜ宇宙空間での水滴は、きれいなボールの形（球体）になるのか？
- なぜ石鹸（洗剤）を使うと汚れが落ちやすくなるのか？ これらはすべて表面張力が関係しています。目に見えない「力の正体」を理解することで、物理や化学の面白さに気づくことができるはずです。
自由研究のゴール
- 初級 水面にクリップを浮かせる、またはコップから水が盛り上がる様子を観察する。
- 中級 クリップが何個入るか、水と他の液体（牛乳やアルコール）で結果がどう変わるかを比較・数値化する。
- 上級 表面張力の強さを数式的に考えたり、洗剤を加えた時の変化の仕組みを科学的に説明したりする。
具体的な事例
例えば、ある中学生は「水の温度」によって表面張力が変わるのではないかと考えました。
- 氷水に入れたクリップ
- お湯に入れたクリップ どちらがより多く、あるいは簡単に浮くでしょうか？ また、別の小学生は「豆（大豆や小豆）」をコップに投げ入れ、水面がどこまで盛り上がるかを記録しました。水面が「ぷっくり」と盛り上がり、こぼれる寸前の形はまるで宝石のようだったそうです。
研究を進めるうえで、以下のポイントに注目しよう！
- コップはピカピカに洗って、よく乾かすこと。
- クリップを置くときは、ピンセットを使うか、そっと水平に置くこと。
- 観察するときは、真横から写真を撮って「水面の盛り上がり」を記録すること。
自由研究の進め方
- 準備 透明なコップ、水、紙クリップ、乾燥した豆、ピンセット、食器用洗剤を用意します。
- 予想 「コップいっぱいの水に、クリップは何個入ると思う？」と自分に問いかけ、予想をメモしましょう。
- 実験A（クリップ浮かし） 水面にクリップをそっと置きます。なぜ重い鉄のクリップが浮くのか観察しましょう。
- 実験B（限界に挑戦） 満水のコップに、クリップ（または豆）を一つずつ静かに入れていきます。水面が盛り上がる様子を横から観察します。
- 変化を加える 限界まで盛り上がった水面に、洗剤をつけたつまようじでチョンと触れてみましょう。何が起きますか？
自由研究から発見したアイデア
実験が終わったら、こんな一歩進んだアイデアに挑戦してみませんか？
- 「水面レース」 厚紙で作った小さな舟の後ろに、ほんの少し洗剤を塗って水に浮かべてみよう。表面張力の差を利用して、舟がロケットのように進みます！
- 「塩水 vs 真水」 水に塩を溶かすと、表面張力はどうなるでしょうか？重くなる？それとも弱くなる？
- 「最強のシャボン玉作り」 表面張力をコントロールして、割れにくいシャボン玉の液を自作してみましょう。
この自由研究に関連する仕事
- 化粧品開発者 肌にスッとなじむ化粧水を作るには、表面張力のコントロールが不可欠です。
- 船舶エンジニア 船が水の抵抗を減らして進むためのコーティング技術を研究します。
- 薬剤師・製薬研究 体の中で薬が溶けやすくするために、液体の性質を研究します。
- 半導体エンジニア スマートフォンの部品など、超精密な部品を洗浄する技術に表面張力が使われています。
まとめ
表面張力は、私たちのすぐそばにある「魔法」のような力です。 紙クリップ一つで、世界を動かす物理の法則を体験できるのがこの実験の醍醐味。大切なのは、「なぜこうなるんだろう？」と不思議に思う気持ちと、それをじっくり観察する粘り強さです。
君のコップの中で、どんな発見が待っているでしょうか？
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- 仕事のことを通じて学んだこと、楽しかったこと、難しかったことを書いてみましょう。
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- 今後、さらに調べてみたいことや、他の人に教えたいことがあれば、それも書いてみましょう。
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