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十円玉とコップだけでできる小学生・中学生におすすめの科学実験

十円玉とコップだけでできる小学生・中学生におすすめの科学実験

小学校や中学校の宿題で出される自由研究のテーマでお悩みのお子さんは多いことと思います。テーマ選びでは「なるべく身近な材料を実験に使う」のを意識すると、良い研究対象を見つけやすいでしょう。

この記事では、ごく身近に手に入る「コップと十円玉」を使って、簡単にできる実験をいくつかご紹介いたします。

十円玉をピカピカにする酸化と還元の実験

科学実験で定番中の定番とも言えるのが「十円玉を身近な調味料でピカピカにする」というもの。一時間ほどで実験結果が分かるため、非常に取り組みやすい実験です。

方法はいたって簡単。紙コップやお皿を用意して、古びた十円玉を入れます。そして十円玉を下記のような調味料を浸して、その後の変化を比較します。

・食塩水

・レモン汁

・酢

・醤油

・味噌

・ソース

・ケチャップ、マヨネーズなど

実験が成功すると、上の写真のように十円玉が綺麗になり、輝きを取り戻します。つける調味料によって、十円玉がピカピカになる度合いが変わってきます。どうして調味料につけると十円玉が変化するのか、あるいは調味料の種類によっては変化しないのかを考察すると、立派な実験レポートとなるでしょう。

内容としては中学校の理科で習う「酸化と還元」の項目で理解が深まります。十円玉の黒ずみの原因である表面の酸化銅やその他の汚れが、調味料に含まれる酸と化学反応を起こして溶け出すことにより、表面が綺麗になるのです。

酸はさまざまな調味料に含まれ、酢酸を含むマヨネーズや、アミノ酸を多く含む味噌でも十円玉を綺麗にすることができます。「味噌でも十円玉をピカピカにできる」というのは予想に反した意外性があり、他にもさまざまな液体で試してみると面白い結果が得られると思います。

なお、調味料につけた十円玉をそのままにしておくと、かえって酸化が進み、錆びの原因にもなります。実験後の十円玉はよく水で洗い、タオル等で水分をしっかり拭き取っておきましょう。

この実験では十円玉を調味料につけて変化させるため「貨幣損傷等取締法」等の違法行為となってしまうのではないかという心配の声をよく耳にします。弁護士ドットコムでは「お酢などで錆取りをするくらいであれば問題ない」といった主旨の回答が書かれています。

1.硬貨の清掃は違法なのか?(弁護士ドットコム) https://www.bengo4.com/c_1009/b_386792/

2. 硬貨のサビ取りは犯罪か(弁護士ドットコム) https://www.bengo4.com/c_1009/b_312356/

10円玉と酸化銅の実験は、実際に小学校や中学校の授業においても取り扱われている内容となりますので、一般家庭での科学実験でも問題はないものと考えられるでしょう。

十円玉でフォークを支える重心の実験

十円玉をコップのフチに乗せて、さらに十円玉でフォークを支えるという実験です。用意する道具は、ガラス製のコップ・十円玉・フォーク2本のみです。

フォークはできるだけ大きくて重みのあるものを使った方が、バランスが取りやすいでしょう。実験手法を文章で説明するのが難しいため、まずは下の写真をご覧ください。

コップのフチの上で、十円玉たった一枚でフォーク2本を支えています。ふつうならばコップの外側に倒れてしまいそうなのに、十円玉とフォークは驚異的なバランスを保ち、決して落ちてしまうことはありません。

拡大写真を見ますと、どうして倒れてしまわないのか不思議なくらい、十円玉がフチから外側に飛び出しています。

写真ではワイングラスを使っていますが、ガラス製のコップであればどのような形状のものでも大丈夫です。簡単にできて、そのうえ驚きの大きい実験ですので、ぜひ十円玉・コップ・フォークを用意して試されてみてください。

どうして十円玉とフォークはコップのフチでバランスが取れるのか。種明かしをすると「重心」で支えられているからです。

フォークはコップの内側に向かって湾曲しているため、内側方向へと倒れようとします。一方で十円玉はフチよりも外側に飛び出して置かれているため、外側方向へと倒れようとします。この、フォークが内側へ向かおうとする力と、十円玉が外側へ向かおうとする力がぴったり釣り合うと、両者はふちの上でバランスを取り続けます。

イメージとしては、やじろべえとまったく同じ原理です。十円玉とフォーク以外でも、さまざまな道具を使って重心の実験をすることができます。

例えば、左右で重さが非対称のニンジンやダイコンを割り箸一本で支えるためにはどうすればよいか、水の入ったアルミ缶を斜め四十五度で机に立たせるためにはどうすればよいか。重心の実験は、私たちが日常生活で思い描いているイメージを覆すような結果が出ることもあり、大変面白いです。

なお、今回ご紹介した十円玉とフォークの実験は『子どもにウケる科学手品77』(後藤道夫・著/講談社ブルーバックス)にて詳しく紹介されています。

本書では他にも科学の自由研究に使えそうな『科学手品』の事例が多数載っていますので、自由研究のテーマに悩んだときにおすすめしたい書籍です。

見えない十円玉が浮かび上がる光の屈折の実験

これも紙コップと十円玉だけでできる簡単な実験です。まず二つの紙コップを用意して、コップの底の同じ位置に十円玉を置きます。

そして、底の十円玉が見えなくなる角度まで下がります。さて、では十円玉が見えなくなった状態のまま、コップの片方だけに水を注ぎ込んだらどうなるでしょうか。

上の写真のように、水を注ぎ込んだコップだけ、十円玉が見えるようになるのです。

真上から見てみると、十円玉が底面の同じ位置にあることが分かると思います。どうして十円玉を同じ場所に置いているのに、水を注いだコップの方は十円玉が浮かび上がって見えるのか。

それは水を入れたことにより、水面で光が屈折するためです。試しに水の入ったコップにストローや割り箸を入れてみると、水面部分を境としてストローや割り箸が折れ曲がって見える様子を観察できるでしょう。

屈折率は、コップに入れる水の量によっても変わります。実験では、コップに入れる水の量によって十円玉の見え方がどのように変化するのかを観察してみると、レポートとしてまとめやすいでしょう。

以上、この記事では十円玉とコップを使ってできる、簡単な科学実験をご紹介しました。専用の実験キットを使うのも面白いですが、ぜひ工夫をして、身近な材料を使っての実験にもチャレンジされてみてください。