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くっつきクルクル高速回転ボールの不思議を探ろう

  • くっつきクルクル高速回転ボールの不思議を探ろう

材料

ミニケース(マヨネーズやケチャップ用) 6mmストロー 30mm発砲ポリスチレン球 赤・青・緑の水性マジックやシール ブロアー 545mLクリアカップ 100mm発砲スチロール球

内容

・吹いても浮び上がらない球の不思議を探る。
・ミニケースをはめたストローで,発砲スチロール球を吹く。
・空気の粘性等で,球が浮かび上がれなくなり,さらに高速回転することが分かる。

詳細

No.856の「フーフーフック」は,ストローの先から吹き出す気流で,発砲ポリスチレン球を浮かせる科学遊びです。吹くから浮くのは当たり前のようですが,当たり前にならない場合があります。吹けば吹くほどくっつき,しかもクルクル高速回転する球の様子を見れば,誰もが目を疑い頭の中は???になることでしょう。 ミニタイプの材料は,6mmストローとミニケース(マヨ・ケチャップ用),30mmの発砲ポリスチレン球です。ミニケースの底にカッターで,6mmほどの十字を切り込みます。鉛筆を差し込んで中に軽く折り返し,ストローを数mm差し込みます。 発砲ポリスチレン球を,ミニケースの口から5cmぐらい離して吹いてみましょう。球が吹き上がるでしょう。ここまでは当たり前。次に,ケースの口に乗せたまま吹いてみてください。不思議なことに球が吹き上がらず,口のところでクルクルと高速回転します。 さらに,高速回転させたままストローを回転させ,球を横向き・下向きにしてみましょう。それでもボールは落ちません。ここまでできたら,息をしっかり吸い込んで1回転に挑戦してみてください。 このような違いが出るのはなぜでしょう。以前,球がゆらゆらと吹き上がる原理は「ベルヌーイの定理」で説明されていました。今では「コアンダ効果」や「空気の粘性」で説明するのが正しいようです。空気も分子でできていて粘性(粘り気)があるため,球の表面に沿って回り込むような気流が生まれます。すると反作用で球を押さえ込むような力が発生し,吹き出す勢いとバランスが取れて浮いて止まるというのです。 ミニケースをかますと,気流が吹き出す幅がとても狭くなり,気流の勢いが強くなります。これはダイソンの羽根なし扇風機と同じような仕組みです。その気流だけでなく周りの空気も巻き込まれるので,球を押さえ込むような力が益々大きくなります。そして,吹き出す気流のバランスが崩れて回転し始めると,加速度的にスピードがアップするのではないかと考えられます。 大きな実験装置として,ブロアーを使ってみましょう。球は100円ショップの100mm発砲ポリスチレン球,容器は大きなスチロールカップなどを使います。カップの底に穴を開け,ブロアーの先を差し込みます。普通に考えると,アタッチメント的なものをかませばパワーアップして,球はもっと高く吹き上がりそうです。まずは,その様子を見せておきましょう。次に球をカップに乗せたままスイッチオンすると,強烈なブロアーの気流を受けても浮び上がらず,容器の口にくっついてクルクルと高速回転するミラクル実験を披露することができます。 高速回転させてまま,ブロアーを横向き,下向きと角度を変えてみてください。横はまだしも,下向きにしても(揺すっても)落ちずにくっつき高速回転するボールの不思議に,観客は目を見張ることでしょう。 もう1つのアレンジとして,発砲ポリスチレン球に,赤・青・緑(R/G/B)で点や線,模様を自由に描いてみましょう。それを高速回転させると混色がおこり,美しい虹の七色が現れます。これは,緒方秀充さんのアイディアです。楽しさ・不思議さが倍増するので,ぜひやらせてみてください。3色の小さなシールを貼ってもOKなんですが,途中で剥がれてきて回転しにくくなるのが難点です。

基本情報

分野 分野2 育てたいもの 管理番号 季節 場所 難易度 危険度
物理 運動 流体力学 探究心 875 春夏秋冬
春夏秋冬
室内;
室内
普通
普通
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