小学生の自由研究！ペットボトルと氷を使った1日でできる過冷却水の簡単実験！

小学生の夏休みの難題といえば自由研究ではないでしょうか。

嬉々として取り組む子もいれば、夏休みの終わり間近になっても手を付けない子もさまざま。

今回はペットボトルと氷を使って、1日でできる実験の自由研究の紹介です！

低学年から高学年まで応用できると思うので、ぜひ参考にどうぞ！

小学生の自由研究！一瞬で氷が作れる簡単実験

水は0度以下になると凍るというのは、子どもであってもよく知っていることと思います。

ですが、水の冷やし方を工夫すると、水を出したときに一瞬で凍らすことができるようになります。

これを「過冷却水」といいます。

名探偵コナンのトリックでも使われていたり、科学実験ショーのデモンストレーションだったりで見る機会もありますよね。

こういうやつ。

ここではペットボトルの中で凍らせていますが、入れ物にこの水を注ぐと、出した水が凍っていきます。

手品のようにも見える不思議な現象です！

水は普通に冷凍庫で冷やすと0度以下で凍り始めます。

このとき水の中には、とても小さな氷の粒ができていて、この氷の粒に水の粒がぶつかるとその衝撃で氷になっていきます。

水の粒は次々とぶつかっていくので、氷の粒はどんどん大きくなっていき、最終的に全体が凍りつきます。

ですが水をゆっくりと冷やしていくと、0度以下になっても氷の粒ができないことがあります。

氷の粒ができないと、水は凍り始めません！

この状態の水に何かの衝撃を与えると、水が一瞬で凍る魔法のような状態になります。

子どもにとってはかなり楽しい実験ではあるんですが、失敗することもあるんですよね。

その場合は、「なぜ失敗したか」「どう改善すればよいか」ということも含めて、自由研究のテーマにすればよいかなと思います。

過冷却水の実験に必要なもの

ペットボトル：失敗することも考え3本くらい用意しておく

温度計：水の温度をはかるため

ペットボトルの保温カバー：100均などに売られているものをペットボトルの個数分

皿：冷凍庫で冷やすことができるもの

ペットボトルは、いろはすなどの容器が薄いものよりは通常のもののほうが使いやすいです。

デジタル温度計は、ペットボトルの水の温度を測れるものを。

≫≫クッキング温度計

料理に使えるものであれば、液体を計れるのでおすすめ。マイナスを計れるものを。

皿は冷凍庫で冷やせるものなら何でもOK。

皿が常温だと過冷却水を作っても凍らないので、しっかりと冷えるものを選びましょう！

ペットボトルの保温カバーは、100均にあるもので十分です。

上記のように、ペットボトルが丸ごとおおわれるタイプのほうがよりヨシです。

実験手順

１．ペットボトルに水を入れる

用意したペットボトルに、8分目くらいまで水を入れる。

このとき、1本のペットボトルについては水の温度をはかって記録しておく。

2．ペットボトルを冷凍庫で冷やす

水を入れたペットボトルを、保温カバーに入れて冷凍庫で冷やす。

保温カバーに入れるのは、時間をかけてゆっくりと冷やすため。

もし保温カバーがない場合は、タオルで包んでもOKです。

3．定期的に温度をはかってみる

容器の大きさや冷凍庫内の温度によっても変わりますが、

ペットボトル（250ml）なら7時間ほど

引用：静岡新聞『Vol.12 過冷却水を作ってみよう。』

本来は温度をはかっていく必要はないんですが、自由研究なので温度の経過も記録しておきたいところ。

水の温度を一定時間ごとにはかってみましょう。

水の温度が5度以下になったら、30分ごとにはかっていくといいかも。

4．マイナス2度くらいになったら取り出す

マイナス2度~3度ほどになったら、冷凍庫から取り出します。

このとき、刺激を与えてしまうとペットボトルの中で凍ってしまうこともあります。

静かにできるだけ動かさないように取り出します。

5．お皿に注いでみる

過冷却水が作れていたら、少しの衝撃で凍るようになっています。

皿の上に注ぐと、水が凍って山盛りになっていくところを見ることができるかも！

お皿は十分に冷やしているものを使いますが、それでも失敗してしまうことも。

そんなときは

・お皿に薄く水を張って冷やし、薄い氷の膜ができた状態にしておく

・お皿の上に保冷剤を置き、保冷材の上に過冷却水を注ぐ

ということを試してみてください。

過冷却水の実験のまとめ方

自由研究の一般的なまとめ方をすればOKかなと思います。

・実験をしようと思ったきっかけ

・疑問に思ったことや何を調べたいかのテーマ

・実験の予想

・実験の方法

・結果

・分かったことのまとめ

この実験では、まとめる実験結果が二つあります。

1つ目は、冷凍庫に入れてからの水の温度の変化。

2つ目は、お皿に入れたときにどのように凍ったかの様子。

水の温度の変化は、表を使うと分かりやすくていいかなと思います。

お皿に入れたときの様子については、写真を撮っておくとよい自由研究になります。

過冷却水の自由研究は発展させるとおもしろい！

低学年の場合はシンプルな実験で十分ですが、高学年の場合は発展させるとより面白い自由研究になります。

水じゃなくてもできる？

水の代わりに、ジュースやお茶などの別の飲み物だったらどうなるかの調査。

冷え方の違いや凍り方が、水とはどのように違うのかを調べてみると楽しい！

初めに予想をしておくと、さらによい自由研究になりますね！

どんな衝撃で凍る？

一般的には「皿に注ぐ」「ペットボトルを叩く」などですが、他の衝撃の与え方だと凍り方にどのような変化があるのかを調査。

小さな氷をペットボトルの中に入れてみたらどうなる？

わりばしでかき混ぜてみたらどうなる？などなど、思いつくいろんなことを試してみると楽しいですね！

まとめ

名探偵コナンで過冷却水のトリックが使われてから、自由研究の題材になることも増えたこの実験。

手品のような現象は、子どもにとっても興味深いものになるのではないでしょうか。

費用もそれほどかからないので、夏の自由研究の参考にどうぞ！

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