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丸いものをペットボトルにくっつける

まずは見てみよう!

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どんな実験?

実験手順と種あかし

  • ペットボトルを水でいっぱいにしてピンポン球を乗せます。
  • ゆっくりペットボトルをさかさまにしてもピンポン球は落ちません。
  • このとき、ペットボトルとピンポン球のすきまの水圧はほぼ大気圧になっています。ペットボトルの上部では、水の高さ分だけ大気圧よりも水圧が低くなっています。ペットボトルが密閉されているのでペットボトル内の圧力が大気圧よりも低くなれるのです。
    (上下の圧力の差)=(水の密度)×(重力加速度)×(高さの差)
  • 下部の水圧はほぼ大気圧ですが、球の重さをささえる分だけ大気圧よりも少しだけ低い圧力になっています。このわずかな圧力差を作っているのは表面張力のはたらきです。
  • ただし、表面張力がペットボトル内の水の重さを支えているのではないことは注意してください。水の重さを支えている力の大部分はペットボトル内の上下の圧力差による力です。
  • さかさまにする動作のときに球が一番取れやすいのはペットボトルがほぼ水平になるあたりです。ペットボトルとピンポン球とのすきま(円周状のすきま)で上下方向に高さの差ができ、圧力の差が大きくなりますので、これを表面張力で支えなければいけません。そのため、すきまはできるだけ小さく、ペットボトルとピンポン球ができるだけ密着していることが大切です。
  • 後半ではスーパーボール、ヨーヨー風船、発泡スチロール球でもためしています。この中にはくっつきにくいものもありますので、手でささえながらペットボトルをさかさまにして、その後に手を離しています。うまくくっつかない場合は、初めにペットボトルを少しだけ強くにぎり、丸いものをつけた後ににぎりをゆるめるとくっつきやすくなります。他にもいろいろなものでためしてみましょう。
【キーワード】 深さと圧力、表面張力
【関連項目】

落ちない水水中からピンポン球を取り出す

【参考】 TPMエイジ編集部編「からくり改善虎の巻」JIPMソリューション、P74−75.
日本機械学会編「流れのふしぎ」講談社ブルーバックス、P38−41.
石綿良三「図解雑学流体力学」ナツメ社、P18−19.
更新日:2016.6.2