タルンです！
今回は、風船とサーキュレーターを使った簡単な科学実験をご紹介します。
真上に吹き上げる風の中に風船を置いて、風船が浮いたままであれば特に疑問に思わないと思います。斜めに吹いている風の中に置いた風船が浮いたままであればびっくりしませんか？
たまたま息子が風船を飛ばそうと思って、サーキュレーターの前に風船を置いて見つけました。これをいろいろ調べてみたので、自由研究の参考にしてみてください。
実験自体はとてもシンプルですが、「なぜ飛行機は空を飛べるのか？」という疑問に繋がる本格的なテーマ（揚力や空気抵抗）を体験できます。
我が家では5歳の長男が夢中になって色々な条件を試していました。ぜひお子さんと一緒に遊んでみてください！
実験の概要
準備するもの
- サーキュレーター (首の角度を上向きに固定できるもの
- 風船 (100均のものでOK/大きさやゴム以外のものを含めてもOK)
- *メジャー (安定した場所/風船の大きさの記録用)
- *シール (重さ調整用。立体的なものは避けたほうがいい)
- 記録用のカメラ
*は、折れ線グラフを習う小学校高学年以上で使用する
僕が使っていたサーキュレーターも参考に掲載します。
実験方法
まずは1つ風船を膨らませてやってみましょう!
周りに家具などがあると風の流れが変わってうまくいかないことがあります。
なるべく広めの場所を確保してください。
1. 周りに障害物がない、広い場所にサーキュレーターを置きます。
2. サーキュレーターの風向きを上斜め45度ぐらいにセットします。
3. 風量を「中」にし、風が当たっている位置で風船からそっと手を離します。
※うまく浮かばない場合は、サーキュレーターの角度や風量を少しずつ調整してみてください。
1つ浮かばせることができたら、同じ方法でいろいろな条件で試してみましょう!
風船の大きさ、風船の重さ (シールを貼ったり、材質の違うものを試す）、風船の形などを変えて試してみてください。
観察のポイント
浮いている様子を観察するポイントは、次の3つです。
- サーキュレーターと風船の距離
- 風船が浮いてままになっている高さ
- 風船は安定して浮いているか
小学校高学年のお子さんなら、膨らませた風船のサイズや重さを測り、距離や高さを測って折れ線グラフにまとめると立派な自由研究になります！安定して浮いているかをどうまとめるかを考えるのも非常によい勉強になると思います。
※空気がどう流れているか観察したくなり、煙を使った流れの確認をしたくなります。線香や水蒸気を使うことが考えられますが、火の粉が飛んだり、サーキュレーターが濡れて故障する危険があります。空気の流れを観察する専用の発煙機が必要ですがやや高額なので、ご家庭では風船のみでの実験をおすすめします。
実験結果:大小2つの風船で比べるとどうなったか？
僕と息子がやった実験のうち、大小2つの風船を比べたときの結果をご紹介します。
青色の大きい風船と緑色の小さい風船を準備しました。
大小2種類の風船で試したところ、「大きい風船」の方がサーキュレーターからより遠い位置で浮き続けるという結果になりました！実験時の動画を載せます
なぜ風船は浮き続けるのか？
風船が浮き続けるのは、主に風船にかかる次の3つの力のバランスが取れているからです。
1.風が風船を押す力
2.下に引張る力(重力)
3.空気が風船を引張る力(揚力)
風が風船を押す力
サーキュレーターの風が風船を押し出す力です。ピンポン玉に息を吹きかけると動くのと同じ仕組みです。
下に引っ張る力(重力)
ものが落ちるように見えているのですが、これは地球がものを引き寄せる力です。風船の重さに比例します。
空気は風船を引張る力(揚力)
風船のまわりを空気が通り抜けるときに生まれる力です。
空気の流れは風船の曲がった面に沿って流れます（コアンダ効果）。この効果の説明には専門的な知識も必要になるため、そういうものと思ってもらった方がいいかもしれません。
空気の流れを曲げる力が働いています。一方で、風船はまっすぐ進もうとする空気から引っ張られています。子どもと両手をつないで、自分を中心にぐるぐる回っているのをイメージしてください。子どもからは引っ張られてるように感じますし、自分も子どもに引っ張られているように感じます。風船を自分、空気を子どもとしたときに同じことが起こっています。
風船の下側にも流れは発生しているため、下方向にも力がかかります。ただ、サーキュレーターの流れからやや下側になるため、風船の下を通る流れは少なく、ゆっくり流れています。遅い流れを曲げるのに力は必要ないため、風船を下に引張る力は弱くなっています。
小さい風船の方がより大きく流れを曲げなければならないため、大きな力が発生します。サーキュレーターに近い方が風が風船を押す力は大きくなるため、バランスを取れるのがサーキュレーターの近くになっていました。
まとめ
この実験の空気が風船を引張る力である揚力は飛行機を飛ばす上で重要な力になっています。
身近にあるサーキュレーターと風船だけで、「風の力」や「飛行機が飛ぶ仕組み（揚力）」を体感できるおすすめの自由研究です。
今回は大きさの違う風船を2種類だけ準備していましたが、いろいろな条件を試してみてください!
「どうして浮くんだろう？」「どうすれば安定して浮くんだろう？」とお子さんと会話をしながら、ぜひ休日や夏休みに試してみてください！
