空気くうきと 水みずの せいしつ + 空気くうきでっぽう

この 章しょうで 学まなぶこと

ふだん、 私わたしたち の まわり に は 空気くうき と 水すい が あります。 「空気くうき は 軽かるい」「水みず は ながれる」 こと は 知しって いる でしょうが、 閉とじ込こめて 圧おして みる と どう なる か は 体たい験けん した こと が 少すくない はず。 この 章しょう で は 注射ちゅうしゃ器き型がた の 容器ようき と 空気くうきでっぽう を つかって、 空気くうき と 水みず の 不思議ふしぎな せいしつ を しらべます。

• 閉とじ込こめた 空気くうき を 圧おす と 体積たいせき が 小ちいさく なる こと を 知しる
• 圧おせば 圧おす ほど、 圧し返す力おしかえすちから が 大おおきく なる こと を 体たい感かん する
• 水すい は 圧おし ちぢめ られ ない こと (体積たいせき が ほとんど 変かわら ない) を 確たしかめる
• 4 年生ねんせい の 大事だいじ な 学まなび 「根拠こんきょ の ある 予想よそう を 立たてる」 を 練れん習しゅう する
• ものづくり: 空気くうきでっぽう を 作つくって 玉たま が 飛とぶ しくみ を 体感たいかん

最さい重要じゅうよう安全あんぜん: 容よう器き が われ ない ように、 強つよく 圧おし すぎない (指導しどう要領ようりょう でも 明記めいき)。 空気くうきでっぽう を 人ひと や 動物どうぶつ に 向むけ ない。 玉たま が 当あたる と 目め や 顔かお を きずつける。

1. 空気くうき を 圧おす と どう なる？

注射ちゅうしゃ器き型がた の 容よう器き (中ちゅう が からの ピストン 付つき 筒つつ) を 用意ようい。 先さき を 指ゆび で ふさいで 中なか に 空気くうき を 閉とじ込こめ、 ピストン を 圧おして みます。

観察かんさつ の しかた

1. ピストン を いちばん 上うえ まで 引ひき上あげる (空気くうき が たくさん 入はいる)
2. 先さき を 指ゆび で しっかり ふさぐ (空気くうき が 出で ない ように)
3. ピストン を 少すこしずつ 圧おして いく
4. ピストン の 位置いち と 手て の 感かん覚かく を きろく する

観察かんさつ の 結果けっか (れい)

圧おした 量りょう	ピストン の 位置いち	手て の 感かんじ
圧おす 前まえ	100 mL の 目盛めもり	やわらかい
少すこし 圧おす	80 mL くらい	少すこし かたい
もっと 圧おす	60 mL くらい	かなり かたい
強つよく 圧おす	40 mL くらい	とても かたい (それ 以上いじょう動うごか ない)

わかった こと

• 空気くうき は 閉とじ込こめて 圧おす と、 体積たいせき が 小ちいさく なる (圧おし ちぢめ られる)
• 圧おし ちぢめ られる に つれて、 手しゅ ごたえ が 大おおきく なる (= 圧おし返かえす 力ちから が 強つよく なる)
• ピストン を はなす と、 もと の 位置いち まで もどる (圧おし返かえす 力ちから が 強つよい)

ポイント: 空気くうき は 目め に 見みえ ない けれど、 ちゃんと そこ に 存そん在ざい して います。 圧おし ちぢめる と「あ、 たしかに ここ に ある！」 と 感かんじ られる の が この 実じっ験けん の おもしろさ。

2. 圧し返す力おしかえすちから — 圧おせば 圧おす ほど 強つよく なる

ピストン を 圧おした あと、 そっと 手て を ゆるめる と、 ピストン は 自分じぶん で 戻もどって いきます。 これ は、 中なか の 空気くうき が ピストン を 押おし返かえして いる から です。 この 力ちから を 圧し返す力おしかえすちから と いいます。

圧おし返かえす 力ちから の 大おおきさ

圧おした 量りょう	圧おし返かえす 力ちから
少すこし 圧おした	少すこし 強つよい
もっと 圧おした	もっと 強つよい
強つよく 圧おした	とても 強つよい

つまり、 圧おせば 圧おす ほど、 圧おし返かえす 力ちから も 大おおきく なる の です。 これ も 空気くうき の 大切たいせつ な せいしつ です。

大切たいせつな きまり

「閉とじ込こめた 空気くうき は 圧おせば 体積たいせき が 小ちいさく なり、 圧おし返かえす 力ちから が 大おおきく なる」

これ は 4 年生ねんせい の A(1) で いちばん 大事だいじ な きまり。 言いえる ように なりましょう。

3. 水みず は 圧おせ ば どう なる？

つぎ は、 同おなじ 注射ちゅうしゃ器き型がた の 容よう器き に 水すい を 入いれて 同おなじ こと を やって みます。 さて、 結果けっか は どう なる でしょうか？

根拠こんきょ の ある 予想よそう を 立たてよう

実じっ験けん を する 前まえ に、 まず 予想よそう を 立たてて みましょう。 「こうなる はず、 なぜなら…」 の 形かたち で 言いえる の が 根拠こんきょ の ある 予想よそう です。

予想よそう れい	根こん拠きょ れい
空気くうき と 同おなじ ように 圧おし ちぢめ られる はず	だって、 水みず も 空気くうき も 「物質ぶっしつ」 だから
空気くうき と は ちがって、 圧おし ちぢめ られ ない はず	だって、 水みず は 「液えき体たい」 で 形かたち が きまって いる から

予想よそう は どちら でも OK。 大切たいせつ な の は 「なぜ そう 思おもった か」 を 言いえる こと。

観察かんさつ の しかた

1. 注射ちゅうしゃ器き に 水すい を いっぱい に 入いれる (空気くうき が 入いりら ない ように 注意ちゅうい)
2. 先さき を 指ゆび で しっかり ふさぐ
3. ピストン を 圧おして みる

結果けっか

圧おした 量りょう	ピストン の 位置いち
圧おす 前まえ	100 mL
少すこし 圧おす	100 mL のまま (ほとんど 動うごか ない)
強つよく 圧おす	100 mL のまま (まったく 動うごか ない)

わかった こと

• 水すい は 閉とじ込こめて 圧おしても、 体積たいせき が ほとんど 変かわら ない (圧おし ちぢめ られ ない)
• どんなに 強つよく 圧おしても、 ピストン は ほとんど 動うごか ない

「水すい は 圧おし ちぢめ られ ない」

これ も 大切たいせつ な きまり です。

4. 空気くうき と 水みず — くらべて まとめる

ここ まで の 結果けっか を 1 つ の 表ひょう に まとめ ます。

くらべ点てん	空気くうき	水みず
閉とじ込こめた もの を 圧おした とき	体積たいせき が 小ちいさく なる	体積たいせき が 変かわら ない
強つよく 圧おした とき	もっと 体積たいせき が 小ちいさく なる	やはり 変かわら ない
圧おし返かえす 力ちから	大おおきく なる	ほとんど ない
ピストン を はなした とき	もと に もどる	動うごか ない

くらべ の ポイント

• 空気くうき = 圧おし ちぢめ られる、 圧おし返かえす 力ちから が 大おおきく なる
• 水すい = 圧おし ちぢめ られ ない、 圧おし返かえす 力ちから は ほとんど ない
• これ は 気体きたい (空気くうき) と 液えき体たい (水すい) の 大おおきな ちがい (くわしく は 中学ちゅうがく で 学まなぶ)

ポイント: 空気くうき は 見みえ ない ので 「ない」 ように 思おもえ ます が、 実じつは 動うごかせ る し、 力りょく を 出だす こと も できる。 この 章しょう で それ が 体感たいかん できれば 大だい成功せいこう。

5. ものづくり: 空気くうきでっぽう を 作つくろう

学まなん だ こと を 形かたち に する ものづくり に ちょうせん。 空気くうき の 圧おし返かえす 力ちから を つかって、 玉たま が 飛とぶ おもちゃ を 作つくり ます。

ひつような もの

もの	やくわり
細ほそい つつ (古ふるい ペン の 軸じく など)	玉たま を 発はっ射しゃ する 通とおり道みち
つつ の 中なか を 動うごく ぼう (わりばし など)	ピストン の やくわり
ティッシュ や 紙かみ を 丸まるめた 玉たま (2 こ)	飛とぶ 玉たま と、 反対はんたい がわ の ふた
テープ	玉たま を 少すこし 大おおきく する 調ちょう整せい

代かわり に: ペットボトル の つつ + ぼう、 や、 売うって いる 「キット」 でも OK。

作つくり 方かた

1. ティッシュ を 丸まるめて 玉たま を 2 こ 作つくる (つつ の 内ない径けい と ぴったり に なる ように、 テープ で 大おおきさ 調ちょう整せい)
2. 玉たま を つつ の 両端りょうたん に つめる (1 つ は 発はっ射しゃ用、 もう 1 つ は ふた)
3. ぼう を つつ の 後うしろ から 入いれる
4. 反対はんたい の 手て で つつ を 持もち、 ぼう を 一気いっき に 圧おす

玉たま が 飛とぶ しくみ

段だん階かい	何なに が 起おこる
① ぼう を 圧おす 前まえ	つつ の 中なか に 空気くうき が 閉とじ込こめられて いる
② ぼう を 圧おす	中なか の 空気くうき が ちぢんで、 圧おし返かえす 力ちから が 大おおきく なる
③ さらに 圧おす	圧おし返かえす 力ちから が 玉だま を 押おし出だす 力ちから に 勝まさる
④ ポンッ！	反対はんたい の 玉たま が 空気くうき の 力ちから で 飛とび出だす

発はっ展てん — 水みず でっぽう と くらべる

つつ に 水すい を 入いれて 同おなじ ことを やる と、 玉たま は すぐ に 押おし出だされ、 ポンッ という 勢いきおい は ありません。 水みず は ちぢまない から、 ぼう を 圧おす と すぐ に 玉たま が おされて 出でて いく の です。

ポイント: 空気くうきでっぽう が ポンッ と 勢いきおい よく 飛とぶ の は、 「圧おし ちぢめ られた 空気くうき が 一気いっき に 戻もどろう と する 力ちから」 の おかげ。

6. ふりかえり

• [ ]閉とじ込こめた 空気くうき は 圧おす と 体積たいせき が 小ちいさく なる こと を 言いえる
• 圧おせば 圧おす ほど 圧おし返かえす 力ちから が 大おおきく なる こと を 言いえる
• 水すい は 圧おしても 体積たいせき が ほとんど 変かわら ない こと を 言いえる
• 「空気くうき と 水みず の ちがい」 を 表ひょう で まとめ られる
• 「根拠こんきょ の ある 予想よそう」 を 自分じぶん の 言葉ことば で 立たて られる
• 空気くうきでっぽう を 自分じぶん で 作つくって、 玉たま が 飛とぶ しくみ を 説明せつめい できる

この 章しょうの 安全あんぜん配はい慮りょ

• 容よう器き を 強つよく 圧おし すぎ ない (指導しどう要領ようりょう明記めいき、 容よう器き が われたり ピストン が 飛とび 出だしたり する 危き険けん)
• 空気くうきでっぽう を 人ひと や 動物どうぶつ に 向むけ ない (玉だま が 目め に 当あたる と 危き険けん)
• 顔がお の 前まえ で 圧おさ ない (急きゅう に 飛とび出で す こと あり)
• ガラス の 注射ちゅうしゃ器き は こわれ やすい ので、 プラスチック 製せい を つかう
• 片付かたづけ で つつ や 玉たま を 床ゆか に 置おきっぱなし に しない (踏 む と すべ る)

次じの 章しょう: 第だい 8 章しょう では、 同おなじく 〔A 物質ぶっしつ・エネルギー〕 で 「ものの 温度おんど と 体たい積せき」 を 学まなび ます。 金かね属ぞく・水みず・空気くうき の 3 つ を 温あたため たり 冷ひやし たり する と、 体たい積せき が どう 変かわる か。 そして 「3 つ の うち どれ が 一番いちばん体たい積せき変化へんか が 大おおきい か？」 を 実じっ験けん で 確たしかめ ましょう。