実験・自由研究のおすすめ2020|簡単おもしろ科学、化学、理科、工作のネタ帳

夏休み冬休みの宿題に役立つ、身近な材料を使って簡単にできる実験や自由研究の各テーマを紹介しています。なぜを楽しくおもしろく科学の不思議を探検しましょう。

小学生向け

砂山の高さと土台の広がりの関係にせまる実験

更新日:


研究の動機

砂山を見て「どうやったら高くなるのだろう」と思った

実験1:砂山の土台の大きさを変える

準備するもの

  • 工作用紙
  • カッター
  • 定規
  • コンパス
  • 金網

方法

1.工作用紙を円形に切り取り土台とする。これを網に置いて上から砂(塩)をかける。円の大きさは半径1㎝、2㎝、3㎝、4㎝、5㎝。それぞれに積もった砂の高さを測る。

予想

土台(円)が大きくなるほど、砂山は高くなる。

結果

土台(円)の大きさ(半径) 砂山の高さ
1㎝               0.7㎝
2㎝               1.4㎝
3㎝               2.1㎝
4㎝               2.8㎝
5㎝               3.5㎝

分かったこと

円の半径が1㎝増えると、砂山の高さが7㎜高くなる。

考察

土台を大きくすると、砂山は高くなる。砂山の材料は砂以外のものではどうだろう。

実験2:砂山の砂の種類を変える

準備するもの

  • 砂糖
  • 小麦粉

方法

半径3㎝の円を土台として、塩、砂糖、小麦粉、砂をかける。

予想

土台の大きさが同じなので、すべての種類が同じ高さになる。

結果

砂山の種類 砂山の高さ
塩      2.1㎝
砂糖     2.1㎝
小麦粉    6.0㎝
砂      2.0㎝

分かったこと

塩と砂糖は同じ高さだった。つぶが細かい小麦粉が一番高い。つぶがあらい砂はあまり高くならなかった。

考察

砂山は、つぶが細かくなるほど高くなる。4種類のうち、砂の場合は、いろいろな大きさのつぶがたくさん混じっているので、あまり高くならなかった。 つぶが同じ大きさなら、高くなるのではないか。今回は、つぶが一番細かいのは小麦粉だった。他に、もっと細かいつぶのものはないだろうか。砂山が高くなるポイントは「土台を大きくすること」「つぶを細かくすること」だ。土台の形が変わると、砂山の形も変わるのだろうか。

実験3:砂山の土台の形を変える

方法

土台の形が円、三角形、四角形、五角形、六角形にして砂(塩)をかけ、砂山の形、高さを調べる。円の大きさは半径3㎝、三角形は一辺3㎝、四角形は一辺6㎝、五角形は一辺6㎝、六角形は一辺6㎝。

結果

土台の形 土台の大きさ 砂山の高さ
円      半径3㎝      2.1㎝
三角形     一辺3㎝      1.2㎝
四角形     一辺6㎝      2.1㎝
五角形     一辺6㎝      2.8㎝
六角形     一辺6㎝      3.5㎝

考察

土台が円のときは、砂山に尾根ができなかったが、その他の形のときは尾根ができた。尾根の数は、土台の頂点の数と同じ。頂点の数で尾根の数は決まる。土台が円でも尾根ができる方法はないだろうか。また、砂山の高さは、土台が円と四角形とで同じだった。土台の形が違っても高さが同じになるのはなぜだろう。

実験4:複雑な形に挑戦

方法

土台の円(半径3㎝)を2枚、中心をずらして重ね、砂(塩)をかける。ずらす長さは1㎝、2㎝、3㎝。それぞれにできた砂山の形を調べる。

結果

土台の円のずれ 砂山の高さ 尾根の長さ
1㎝      2.1㎝     1㎝
2㎝      2.1㎝     2㎝
3㎝      2.1㎝     3㎝

分かったこと

円のずれの長さにかかわらず、砂山の高さは同じだった。ずれの長さと尾根の長さ(2つの頂点の間隔)は同じだった。

実験5:砂山の高さと土台との関係を調べる

実験1の結果から、土台とした円の半径が1㎝増えると、砂山の高さは7㎜ずつ増えるという関係があることが分かった。さらに実験3の結果から、土台が円と四角形とで砂山の高さが同じだった。このときの四角形の一辺の長さは円の直径(6㎝)と同じであり、重ねてみると、円は四角形の「内接円」となる。このことから、土台が他の多角形のように複雑な形でも、内接円が砂山の高さに関係するのではないか。

方法

1.実験3で土台が五角形(一辺6㎝)のとき、砂山の高さは2.8㎝だった。実験1で砂山の高さが同じ2.8㎝だったのは、土台が半径4㎝の円の場合だ。この円が五角形に「内接する」ことを確かめる。
2.同様に、ともに砂山の高さが3.5㎝だったときの土台、半径5㎝の円が一辺6㎝の六角形に「内接する」ことを確かめる。

結果

土台とした工作用紙を重ねると、①も②もぴったり重なった。

分かったこと

砂山の高さは、土台の形に関係なく、内接円の大きさによって決まる。

まとめ

砂山を高くするには①土台を大きくする。②砂のつぶを細かいものにする――ことが分かった。

参考にしたURL:https://www.shizecon.net/award/detail.html?id=87

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