愛媛県総合科学博物館研究報告，No.15， 41 45，（2010）

事業報告

サイエンスショー「大気圧と真空のおもしろ科学実験」実施報告
篠原治*

功A working report of Interesting Scientiﬁc Experiments of Atmospheric Pressure and Vacuum
Koji Shinohara

ABSTRACTThis paper reports the essential part of the demonstration to explain
experiment of atmospheric pressure and vacuum

Interesting scientificwhich was carried out as one of the science-show programs at the Ehime prefectural science museum. This science-show was organized by threeelements. Those were the weight of air and the characteristic airﬂow , the change of matters on
the vacuum . And we prepared the handmade science-playthings for visitors. This paper describes theoutline of experimental items with the photos of demonstrating scenes.

はじめ

表 1 「空気」に関する実験項目を含んでいる過去に当館で実施されたサイエンスショーに

愛媛県総合科学博物館では，平成 21 年 9 月 11 日（金）から平成 21 年 12 月 13 日（日）の約 3 カ月間にわたって，「空気」をテーマとしたサイエンスショーを行った． 1回 20 分程度で行われ，来館者一般が対象で，約 70 回実演された．過去に実施し，「空気」に関する実験項目を含んでいるサイエンスショーは 7 タイトルあり（表 1 ），平成 7 年度にはサイエンスショー「真空の実験」から減圧沸騰を，平成 8 年度にはサイエンスショー「空飛ぶ方法」から大型の送風機から吹き上がる風によってビーチボールを浮かせる実験を，本サイエンスショーに取り入

実験項目

れた．今回のサイエンスショーは，前半で空気の重さを大気圧ってなに？

実感するための大気圧の実験を行い，次に，空気の流れ・水の入ったペットボトルと鉄アレイを利用した実験を行った．最後は，真空下でみられる不・大気圧を利用した商品思議な現象の観察を行った．

・アルミ缶潰し〜空気の重さを実感！〜

なお，
平成 21 年度から博物館運営は，学芸部門を除き，愛媛県から指定管理者へと変わり，原則として，愛媛県

空気の流れの不思議の学芸員がサイエンスショーを企画し，指定管理者が実・ペットボトルとロウソクの炎施することとなった．

・送風機でビーチボールを浮かす

本稿では，サイエンスショー「大気圧と真空のおもし・ブロアーで様々なものを浮かす

ろ科学実験」の構成と各実験項目について，実施風景写真を交えて報告する．

真空ってなに？

〜空気が無くなるとどうなる？〜

・減圧沸騰・風船＊愛媛県総合科学博物館

学芸課

科学技術研究科

Curatorial Division, Ehime Pref. Science Museum

主任学芸員

・ブザーとピンマイク・プロペラ― 41 ―

サイエンスショー「大気圧と真空のおもしろ科学実験」実施報告

実験の構成と内容

2 〜 6 ）．これらの商品は，隙間無く接することで空気を追い出し，内部の気圧を下げることで発生する吸着力水の入ったペットボトルと鉄アレイを利用している．素材は柔らかいゴムでできており，吸空気の重さは意外に大きいことを体験するための実

着面をめくって空気が入れば，吸着力はなくなる．

験である．2 リットル用のペットボトルに水を入れて蓋をする．蓋側を下にして，来館者の掌に置く．さらに，この上へ 5kg の鉄アレイを置く．蓋の表面積は約 7 cm2である．水入りの 2 リットル用のペットボトル 1 本が約 2 kg となる．空気の重さ（大気圧）は，地球上では，1 cm2（単位面積）あたり 1 kg なので，蓋を通じて掌で感じる水入りの 2 リットル用のペットボトル 1 本と鉄アレイの重さは，大気圧とほぼ同じとなる（図 1 ）．

図 3 実演している「どこでも吸盤」．演示者は指定管理者職員

図1

水の入ったペットボトルと鉄アレイで空気の重さを実感する来館者．演示者は指定管理者職員

大気圧を利用した商品
大気圧の差を利用した日常用品として，自動車や電車内でのアルミ缶の固定具などとなる商品「どこでも吸盤」と「トンでも吸盤」や，簡易体験実験装置「マグデブル

図 4 実演している「トンでも吸盤」．演示者は学芸員（著者）

グ体験カップ」と「大気圧体験ゴム板」を紹介する（図図2

大気圧を利用した商品「どこでも吸盤」と「トンでも吸盤」，「マグデブルグ体験カップ」，「大気圧体験ゴム板」

図 5 「マグデブルグ体験カップ」を体験中の演示者と来館者．
演示者は指定管理者職員― 42 ―

篠原

功治

ペットボトルとロウソクの炎
炭酸用 1.5 リットルの丸いペットボトル 2 本を立て，5 〜 10mm 程度の隙間を開けて置く．隙間から 200mm程度離れたところにロウソクを置き，炎を灯す．ロウソ
クの反対側から，ペットボトルの隙間に向かって，ドライヤーで空気の流れを発生させる．ペットボトルの壁面に沿って外側に流れるので，ロウソクの炎は消えない（図8 a）．空気には粘性があり，この粘性によって流れが回り込む．流れが回り込むことをコアンダ効果という．ロ
ウソクの炎を消すためには，左右のペットボトルのどちらか片方向にドライヤーを向けて空気の流れを発生させ
図6

来館者が持ち上げようとしている「大気圧体験ゴム板」．
演示者は指定管理者職員るとよい（図 8 b）
．この実験は，クイズ形式で来館者に紹介し，風向きをペットボトル 2 本の垂直上方向，隙間中央方向，左右片方向の中から選んでもらった（図アルミ缶潰し
大気圧の差を利用してアルミ缶を潰す．空のアルミ缶9 ）．に水を少量入れて，ガスコンロで加熱する．アルミ缶から水蒸気が噴き出してきたら，火ばさみで素早く 180℃回転させて水槽の水に入れる．アルミ缶の内側では，水蒸気が冷やされて水となり，減圧するため，力のつり合い崩れて，外側の空気の重さによってアルミ缶は潰れる（図 7 ）．

a．隙間中央方向からの流れ

a．アルミ缶が潰れる前

b．左右片方向からの流れ

b．アルミ缶が潰れた後
図7

大気圧によってアルミ缶を潰す実演風景．演示者は指定
管理者職員― 43 ―

図8

ペットボトルと空気の流れサイエンスショー「大気圧と真空のおもしろ科学実験」実施報告

際，スライダックを用いて風の強さを調整する．この実験は，イベントやメディアで取り上げられており，本サイエンスショーにも取り入れてみたものである．ペット
ボトルは様々な向きに回転するが，バランスが保たれれば落下しない（図 11，12）．ブロアーは送風機と比較すると，強い風が小さい風口部分から発生するため，小さなものを空中に浮かす実験に適している．また，実験時にブロアーを手で持つとブレが生じてしまうために，支持台で固定して実験の成功率を高めた．

図9

実演風景．演示者は学芸員（著者）

送風機でビーチボールを浮かす送風機から発生する上向きの風を利用して，空中にビーチボールを浮かす．次に送風機を傾けて，発生する風の向きを変える．風の向きが斜め上方向に変わっても，空中にビーチボールが浮く．
まず，送風機から発生する上向きの風でビーチボールが浮くのは，ビーチボールは重力によって下へ落ちようとするが，送風機から発生する上向きの風が抵抗となってビーチボールを持ち上げるためである．
次に，発生する風の向きを斜め上方向に変えてもビー

図 11 ブロアーの下から吹き上がる風によって浮くカップ麺．
演示者は指定管理者職員

チボールが浮くのは，ビーチボールの下側では空気の流れが遅くなり，ビーチボールの上側では空気の流れが速くなる．このことにより相対的にビーチボールの下側では圧力は大きくなり，ビーチボールの上側では圧力は小さくなる．そのため斜め上方向の空気の流れに対して垂直方向に，ビーチボールを持ち上げる力（揚力）が生じて，重力との力のつり合いが保たれる（図 10）．

図 12 ブロアーの下から吹き上がる風によって浮く 500 ミリ
リットルの空のペットボトル

真空ってなに？

〜空気が無くなるとどうなる？〜

真空デシケーター内部に，モーターで回転する小型のプロペラと風の流れが分かる工作物，ブザーとピンマ
イク，空気を入れて膨らませた風船，コップに入れた約図 1080℃の湯を入れて真空ポンプで減圧する．

斜めからの風でも浮くビーチボール

プロペラから風は発生しなくなる．音は空気の振動によって伝わるため，真空中では伝わらない．そのため，ブロアーで様々なものを浮かす

ブザーの音は空気を真空ポンプで真空デシケーター外部

ブロアーから風を発生させて，カップ麺の容器や 500へ排気するのに伴い，徐々に聞こえなくなり，真空ポンミリリットルの空のペットボトルを空中に浮かす．この

プを止め，空気を真空デシケーター内部へ入れれば再び― 44 ―

篠原

功治

ま聞こえ始める．風船は内側の大気圧が外部より高くなりとめ

空気が膨張するため膨らみ，やがて破裂する（図 13）．
来館者は，風船が膨らむにつれて，大きな音と共に風船体験できる実験項目が少なかったこともあり，来館者が割れると思い，両手で耳を押さえて風船の破裂に備えに対して受動的ではなくもっと能動的に体験してもらうるが，真空デシケーター内部は減圧しており空気が少なことを目的として，触れることのできる逆さコップや浮．水の沸点いので破裂音はほとんど聞こえない（図 14）

沈子（進，2004），噴水，穴が開いているけど水のこぼが下がるため，湯は沸騰して水温を下げる（図 15）．

れないペットボトルなどの科学おもちゃを用意しておいた．
穴が開いているけど水のこぼれないペットボトルとは，2 リットルの四角い形をしたペットボトルの側面の下側に，一辺 5 cm くらいの正方形の穴を開け，縦に切断したプラカップを大きな穴の開いているところに取りつけたものである．ペットボトルに蓋をしてから横にして，水を入れ，ペットボトル内に空気が入っていない状態にした後に，ペットボトルを立てても，大気圧によってプラカップからは水がこぼれないという特徴がある．
サイエンスショー終了後，来館者が興味を示した実験
は，送風機でビーチボールを浮かす実験やブロアーで様々なものを浮かす実験であった．

図 13

真空ポンプと真空デシケーターと膨らむ風船．演示者
は指定管理者職員

学校の理科の単元にもあるテーマなので，学校団体などからの依頼により，通常のサイエンスショー実施日の金曜日，土曜日，日曜日以外の実演も多くあった．
本稿をまとめて，「空気」をテーマとしたサイエンスショーは，表 1 のとおり当館でも過去に幾度となく趣旨を変えたりみせ方を変えたりして実施しており，人気のあるテーマであることを再認識した．今後とも情報収集や予備実験を継続して行い，サイエンスショーをはじめとして，教育普及活動や展示物などにも積極的に取り入れていきたい．

引用文献
図 14

風船の破裂に備えて両手で耳を押さえる来館者

篠原功治（1996）: サイエンスショー実施報告「真空の実験」．愛媛県総合科学博物館研究報告，1．愛媛県
総合科学博物館，愛媛．69-72．
久松洋二（1997）: 浮く実験の演示報告．愛媛県総合科
学博物館研究報告，
2．愛媛県総合科学博物館，愛媛．
45-48．
進 悦子（2004）: 科学実験教室実施報告「どっちがおも〜い ? 比重の実験」．愛媛県総合科学博物館研究
報告，9．愛媛県総合科学博物館，愛媛．51-57．
渡辺儀輝（2009）: ベルヌーイの定理．揚力の発生．おもしろ実験と科学史で知る物理のキホン． ソフト
バンククリエイティブ，東京．pp．196-207，pp．
208-213．

図 15

水の減圧沸騰

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