理科

【理科】子どもが大喜び!ペットボトルを使って、空に浮かぶ雲を自分で作ってみる!

5年生の理科では、「雲」に焦点を当てた授業があります。
空にふわふわと浮かぶ雲。

雲の正体や、流れていく方向、天気の移り変わりなど雲と天気の関わりを学ぶ単元です。

子どもたちはこの単元が大好きで、いつでも夢中で話を聞いてくれます。
自分たちが知っている雲の名前(羊雲・入道雲・筋雲…)を言いたくて言いたくて、目を輝かせながら挙手して発表してくれます。

他にも観天望気(昔からの天気について言い伝え)で知っていることを話してくれたり、お家の人と話をしたことを紹介してくれたりして、授業時間は正直足りないくらいに盛り上がります。

そんな授業でやる、大人気のお楽しみ授業が

雲の手作り実験

子どもたちは

「えぇっ!!雲を作れるの!?」

というリアクションとともに、目をランランと輝かせてくれます。
では、どのように行うのか。
非常に簡単ですので、是非参考にしてみてください。

雲の手作り実験の準備物

準備物は雲を作る方法にもよりますが、
もっとも簡単でお金もかからず、子どもたちが家でもできる準備物はこちら。

  • ペットボトル(炭酸飲料の柔らかい材質のものが最適)
  • 線香
  • 少量の水(もしくは気化しやすいアルコール)

雲を作る手順

では、実際に雲を作っていきます。

まず初めに少量の水(もしくはアルコール)をペットボトルの中に入れます。

 

次に、線香に火をつけて、線香の煙をペットボトルの中に入れます。

 

そして、蓋をしっかりと閉めて密閉します。

これで準備は完了です。
この状態で、強くペットボトルを抑え込みます。

 

そして、このまま一気に手を離して、ペットボトルを元の状態に戻すと・・・

曇りました。
これが、雲です。

実際にやっている動画▼

雲の正体と雲ができる原理

では、なぜこの方法で雲ができるのでしょうか。
それには、まず雲ができる原理を理解する必要があります。

雲の正体とは?

空から(雲から)降ってくるものは雨や雪。
つまり、水や氷です。
ですので、雲も同じもので出来ています。

雲の正体は、

空中に浮かぶ水や氷の小さな粒の集まり

です。
大きさはだいたい1ミリの100分の1くらいで、ひとつひとつは目に見えない小ささですが、たくさん集まることで雲として見えるようになります。

 

雲ができる原理 〜雲ができるまで〜

海や地面の水が太陽の光で温められ、水が蒸発して水蒸気になり上昇します。
水蒸気は暖かい空気の上昇気流となり、空気中にある目に見えないほどの「ちり」や「ほこり」と一緒に上空へ運ばれます。

そして、上空に上がり気圧が下がって空気が冷やされると、「ちり」や「ほこり」を核(種)として集まり(ちりやほこりに、小さな水や氷の粒が付着して)、それがたくさん集まることで、雲になります。

 

この原理は、雲に限ったことではなく、ごくごく身近でも起こっています。
例えば、氷水で冷やされたコップの周まわりの水蒸気が水のつぶとなり、グラスの表面にくっつく現象や、冬の寒い日に吐く息が白く見えるのも、同じ原理です。

ペットボトルで雲を作る実験との関係性

では、雲ができる原理がわかったところで、今回の実験との関連を考えていきたいと思います。

なぜ、ペットボトルで雲を作ることができたのか?

ペットボトルで雲を作る時に、何が起こっているのか?

1つずつ解説していきたいと思います。

 

ポイントはペットボトル内の気圧の変化

ポイントとなるのは、ペットボトルを強く押さえ込んだところかと思います。

ペットボトルを強く抑え込むことで、
中の気圧が高まります。

そして、手を離すことで一気に中の気圧が低くなります。

中の気圧が低くなると言うことは、気温が下がると言うことです。

気圧が下がる = 気温が下がる

この気圧の変化が、今回のポイントです。

順を追ってみていきます。

 

1.最初に少量の水(もしくはアルコール)を入れた

これは、ペットボトル内に水蒸気を発生させるためです。
水蒸気は非常に簡単に発生させることができます。

と、言うよりも常に発生しています。
(すでに、あなたの手からも水分が蒸発して発生しています。)

 

少し余談ですが、目に見えない水蒸気を確認するには実は簡単な方法があります。

【目に見えない水蒸気を「見て」みよう】

  1. お湯(熱湯でなくていい)を入れた入れ物の上にティッシュで蓋をする。
  2. ティッシュの上に、図工などで使う「セロハン」を置く

すると、セロハンが踊り出します(笑)
これは、水分に非常に反応しやすいセロハンが、水蒸気に反応して収縮を繰り返すためです。
▼水蒸気を「見る」 セロハンが踊り出す▼

 

2.線香の煙を入れた

話を戻します。

次に、線香の煙をペットボトルの中に入れました。

これは、先ほどの話で言えば

雲の核(種)

を作ったと言えます。
現実世界で言えば、ちりやほこりが雲を作る上での核(種)になりますが、人工的にこの ちりやほこりの代わりとなるものを作るために、線香の煙を入れたと言う感じです。

 

3.ペットボトルを強く押さえ込んで、離した

最後に、ペットボトルを強く押さえ込み、離しました。

これは何をしたかと言うと

強く抑え込むことで、内部の気圧を上げた

ということをしています。
そして、この強く抑え込むことで内部の気圧を上げて、

押さえ込みを離すことで、内部の気圧を下げた

ということをしています。

気圧を下げる = 気温が下がる

このため、

気圧が下がる

気温が下がる

水蒸気が水の粒になり、ちり・ほこり(線香の煙)と結びつき雲が発生

というメカニズムで雲を作ることができたと言うことです。

他にもある!ペットボトルで雲を作る方法!

ペットボトルを手で抑え込む以外に、雲を作る方法があります。
それは炭酸キーパーを使うやり方です。

<炭酸キーパー>
一度開封したペットボトルにフタをしてペットボトル容器内の圧力を高めて炭酸ガスを抜けにくくする道具

 

 

【用意する道具】

  • ペットボトル(炭酸飲料の柔らかい材質のものが最適)
  • 線香
  • 少量の水(もしくは気化しやすいアルコール)
  • 炭酸キーパー

最初の道具に炭酸キーパーが加わっただけですね。

炭酸キーパーで雲を作る手順

最初のやり方と同様に、まずは水(もしくはアルコール)と線香の煙を入れます。

そして、蓋の代わりに炭酸キーパーを使って密閉します。

そして、炭酸キーパーのポンプをシュポシュポと何回もやって、

ペットボトル内に空気を入れて気圧を高めていきます。

 

そして、ある程度ペットボトルの中に空気が入ったら、栓を開けて一気に気圧を下げます。
そうすると、雲が出来上がります。

大体の目安ですが、ポンプが押しにくくなってきたら、止め時です。

▼実際に炭酸キーパーで雲を作ってみた動画▼

 

インパクト大!空気入れを使って、雲を作ってみる!

手で抑えたり、炭酸キーパーを使う以外に、インパクトが大きい方法として

自転車などに使う空気入れを使ったやり方

があります。
原理は全て同じですが、炭酸キーパーの代わりに空気入れで空気を入れて、一気に栓を抜くことで見た目のインパクトも大きくなります。

 

空気入れで、ペットボトルに雲を作る手順

準備物ですが、下記の通りです。

  • ペットボトル(炭酸飲料の柔らかい材質のものが最適)
  • 線香
  • 少量の水(もしくは気化しやすいアルコール)
  • 空気入れ(ボールに空気を入れる用のピン)
  • ゴム栓(穴を開けたもの)

ここでのポイントは、2つ。

ボールなどに空気を入れるためのピンゴム栓です。

 

 

空気を入れるためのピンは、市販されていますので問題ないと思います。
ゴム栓は、理科で使うゴム栓に穴を空けてしまいます。

ゴム栓に穴を空ける

真ん中に、ピンが刺さる程度に穴を空けます。

 

差し込んだら、こんな感じで、裏から見るとこんな感じです。

 

 

実際に空気入れを使って、ペットボトルに雲を作ってみる

ここまできたら、ゴム栓を空気入れとペットボトルに装着します。

そして、あとはひたすら空気を入れる。

シュコシュコと。

そして、自然と栓が抜けるか、自分で抜くかして気圧を下げれば、一気に雲が出来上がります。

これまでの実験と異なり、これはインパクトが大きく、子ども達も歓声をあげます。
(空気入れを入れる役割を子どもにさせると、争奪戦でした)

▼空気入れで、雲を作った動画▼

 

 

ペットボトルで雲を作る まとめ

いかがだったでしょうか。

5年生の理科の単元の「雲と天気の変わり方」

ここでは文字通り、雲と天気の関係性について学びますが、「雲を手作りしたい」という子ども達の要望は強いものです。
また、要望はなくとも「作ってみようか?」と先生が声をかけると、驚きと歓声が沸き起こり、授業がより一層楽しいものに変化していきます。
雲を作ることの楽しみを先に持っておくことで、日々の学習も集中して聞いてくれます。

気圧や雲の原理など、少々難しい話も一生懸命に聞いてくれる姿はとても嬉しく、頼もしいものです。

 

今回ご紹介した3つの方法は、どれも簡単ですぐに実践できるものばかり。ぜひ、一度ペットボトルを使った雲作りを授業に取り入れてみてください。

最後になりましたが、今回の授業で利用した板書イメージを紹介しておきます。
簡単にまとめたものですが、何かの役に立てれば幸いです。

 

今回も、最後まで閲覧頂きありがとうございました。

 

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