おもしろ科学手講座

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正反対の表面張力の謎

    講座指導:諫早市多良見町 子ども科学てじな講師 田浦 和憲



【 材料 】  コップ、平らな皿、1円玉、ペットボトルのキャップ、ストロー


【 あそびかた 】
・・・
   みなさんは「表面張力」(ひょうめんちょうりょく) って知っていますよね。コップに目いっぱいの水を入れて横から眺(なが)めると、水の表面が盛り上がっているのがわかります。
 これは水分子に互いに引っ張り合う力が働いているためです。アメンボが水に浮いていられるのも表面張力のおかげです。

 では平らなお皿の上にコップを置いて水を入れ、表面張力で盛り上がった水面に、そっと1円玉を浮かべてください。できましたか。
 乱暴にやると沈んでしまいますよ。いちど沈んで濡(ぬ)れてしまった1円玉は、取り替えてください。

 次にペットボトルの蓋(ふた)をさかさまにして、コップ表面に浮かべてください。これは簡単に浮きますよね。

 さてしばらく見ていると、1円玉はゆっくり
コップの端(はし)のほうへ 移動しています。でもペットボトルの蓋は、コップの端にはくっつかず、すこし 離れています。なぜでしょうか。お箸(はし)やマッチ棒などでペットボトルの蓋をそっと押してみても、やはりコップの端には付きません。

 次にその状態でストロー(またはスポイド)などで少量の水を吸い上げ、表面が盛り上がっていない状態にして下さい。
 すると、なんとなんと、ペットボトルの蓋はコップの
端っこに追いやられ、コップの端に付いていた1円玉は コップの中央へ と移動するから不思議です。
 この正反対の現象は、何が原因なのでしょう。何が変わったのでしょうか。

・・

【 たねあかし 】  


   コップの表面で1円玉が浮いているのは確かに「表面張力」のおかげです。このとき水と1円玉が接触(せっしょく)する部分を横から見ると、水面が1円玉に向かって押し下げられているAタイプ)ことがわかります。

 一方ペットボトルの蓋や木片などの軽いものが、水からの浮力(ふりょく)で「浮いている」状態のときは、物体の側の水面はせり上がっています。Bタイプ
 このように水と物が接触する場面には2つのタイプがあるのです。
 しかも同じ水面に複数の物体が浮いている場合、「
同じタイプどおしは引き合い、違うタイプどおしは反発する」という傾向があります。理由はおそらく、水面の面積がより少なくなるように表面張力が働くからであろうと考えられています。 


 ですから、コップの水がこぼれんばかりに盛り上がっている場合(コップの壁はAタイプ)は、1円玉がコップの壁面に吸い寄せられ、水が減るとコップの壁面はBタイプとなるため、ペットボトルの蓋の方が壁に吸い寄せられるのです。
    

 

 

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