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6/14 ミーテ@駒場

久々にブログアップをすることになりました。えーてです。
いちろうさんが来た以上、ジャンケンに負けることもブログ書く事も仕方ないことですが、
今回書く事めっちゃ多いです。
なので、いつものようにあまり余計なこと書く余裕がありませんでした。
けどあと一ヶ月ぐらいして暇になったら、勉強会でもしたいと思います。
テーマは多分「100年後の科学」~生きてるかなぁ~

今回のミーテは活動で行うかもしれない実験の予備実験をしました。
参加者は、ブラック、こいちゃん、えーて、トミーさん、ちがわさん、みほさん、やよいさん、こばやしくん。そして、出張で帰ってきたいちろうさん。
 少し、おとなしめのメンバーです。いじっていい古参メンバーがいないので、自然と静かになります。実験するには向いてます。
実験は5つ。メントスガイザー、バブロケット、ダイラタンシー、雲、スーパーボールです。結構時間かかりました。
結局のところ、安定した候補は、バブロケットとダイラタンシーでしょうか。
あとは、風船やスライム、空気砲あたりに期待しましょう。
新ネタもあれば、挑戦しましょう。

詳細は以下に示します。

実験1 メントスガイザー(メントスコーラ)

材料 メントス(ミント味)、ダイエットコーラ(1.5L)
方法 
メントスをコーラに入れる
 メントスを一気に入れるため、フィルムケースにメントスをいれて、厚手の紙で蓋をする。ケースをコーラの口に接続し、紙を引き抜いてメントスを落下させる。
(結果1)ダイエットコーラ(500ml)にメントス3粒を投入
 反応は起こったが、高さは20センチ程度。(期待していたのとは違う)
(結果2)普通のコーラにメントス10粒を投入
 生協にダイエットコーラ1.5Lがなかったため普通のコーラを購入。
 反応は起こったが、高さは30センチ程度。(全然違う)
(結果3)ダイエットコーラ(500ml)をもう一度購入。
半分量を使用。メントス5粒を加え軽く蓋をする。
 蓋から空気が漏れただけで、期待された噴出は得られなかった。(諦めよう)
(結果4)普通のコーラにメントス10粒を投入後、蓋を完全に締めて振る。
 事故を顧みず挑んだが、破裂はもとより、蓋を開けた際の噴出も、日常生活で起こる事故程度のもの。(完敗。。。)

考察
そこで、もう一度原理を復習しようと思う。
主反応 表面張力の低下
コーラ中の二酸化炭素の微小な泡ひとつひとつは水分子でできた網の中に閉じ込められている。これは泡表面での水分子の表面張力によって泡が閉じ込められている状態である。二酸化炭素が大きな泡を形成するためには、二酸化炭素の泡がこの水分子の網目から抜け出さなくてはならないが、それにはこの表面張力が低下する必要がある。
メントスがコーラの中に落とされると、メントスに含まれるゼラチンやアラビアガムが溶けて、界面活性剤となり表面張力を低下させる。これが水の網の目を乱し、新しい泡が生成し拡大するために必要なエネルギー量を減らす。そしてそれぞれのメントスには、その表面のいたる所に何千というごく小さい穴が存在する。これらの微小な穴が二酸化炭素の泡を作るには最適な場所として作用する。
メントスがコーラに入るとすぐに、泡がメントスの表面中いたる所に発生する。メントスは速やかに底に落ちるが、その途中で触れたコーラから二酸化炭素を放出させる。こうして、圧力が突然増加し、液体のすべてが瓶から吹き上げ押し出されるという流れである。
『MythBusters』ではダイエットコーラに含まれるカフェイン、安息香酸カリウム、アスパルテームと二酸化炭素、そしてメントスの成分であるゼラチンとアラビアガムのすべてがメントスガイザーの高さに関係し、メントス表面の多孔質な構造が現象の主因であるとした。ワックスの覆いで包まれているメントスを炭酸水に投入しても反応が起こらなかったのに対して、ワックスなしのメントスを炭酸水に投入するとメントスガイザーが生じた。
このことにより番組では物理的要因が主である証拠であるとした。また岩塩をメントスの替わりに用いることが出来たこともメントス表面の性状が反応の原因であることを示すとしている。
一方で、コーラやビールに塩を入れると泡が発生することが知られている(名探偵コナンのアリバイトリックにも使用されている)が、それは塩析という化学的反応によるものである。
(yahoo知恵袋より。一部改変)

改善点は
1. ダイエットコーラ2Lを使用。
2. メントスの味や量を変えてみる。
3. メントスからフリスクへ乗り換える。
4. 飲み口とは別に噴出用の穴を別個に用意する。
5. 専用器具(mentos geyser tube)を買う。

いちろうさんに失敗するはずがないと言われたが、不発は不発である。安全性を指摘されたメントスサイドによる防止策などは特にないようだし、本番で行うかどうかはともかく、いつか再チャレンジしたい。

参考資料
wiki,youtubeなど
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%83%B3%E3%83%88%E3%82%B9#.E3.83.A1.E3.83.B3.E3.83.88.E3.82.B9.E3.82.AC.E3.82.A4.E3.82.B6.E3.83.BC
http://www.youtube.com/watch?v=cp99mB5XUOI
http://www.youtube.com/watch?v=M7GevB54n9E
http://www25.tok2.com/home/shimada/clearlake/projects/MentosGeyser/Coke+Mentos.htm
http://karapaia.livedoor.biz/archives/51955569.html
ガイザーによる胃の損傷はウソ?(若干閲覧注意)
http://karapaia.livedoor.biz/archives/51540157.html


実験2 バブロケット

原理 フマル酸+重曹→フマル酸ナトリウム+水+二酸化炭素
 HOOC-CH=CH-COOH + NaHCO3 → HOOC-CH=CH-COONa + H2O + CO2
(フマル酸はミトコンドリアのクエン酸回路の中に出てくるあれです。)

材料 フィルムケース、バブ、水

方法 粉末状に砕いたバブをフィルムケースに入れる。水を注ぎ、素早く蓋を締めて逆さまに設置→逃げる。

結果 
バブが固形のままでは、反応が不十分であった。
粉末状のバブをフィルムケールの1/5程度。水を1/3~1/2程度まで入れると5Mほど飛んだ。

考察
水を入れると直ちに反応が始まるため、水を入れる人と蓋をする人の共同作業が鍵となる。
固形のままでも反応は起こるが、発射までに時間が掛かり、我慢できなくなって近寄ってしまう危険性がある。
先に水を入れる場合と、先にバブを入れる場合のどちらがよいか検討しておけばよかった。

本番に向けて
 前回、ドライアイスで行った時も同程度の反応が見られた。その時の人気は凄まじく、リピーターが多かったのでバブとフィルムケースは大量に準備したい。
 フィルムケースに紙などで飾りをつけてロケットっぽくすることもできる。しかし、欲張ってフィルムケースを二個以上連結させてしまうと飛行距離に影響するため、抑止したい。

参考資料
http://www.sunfield.ne.jp/~oshima/omosiro/babu.html
http://edu.jaxa.jp/rocket/ (JAXA)
http://www.kids.isas.jaxa.jp/ex/filmcase/

実験3 ダイラタンシー

原理 ダイラタント流体は一般に、液体と固体粒子の混合物である。力を加えて粒子が密集すると粒子の間の隙間が小さくなり、強度が増し固体になる。しかし力を加えるのを止めると再び粒子の間の隙間が広がり、元の液体に戻る。

材料 片栗粉、コーンスターチ、水
道具 洗面器、計量カップ

方法 粉2に対し水1ぐらいの割合で混ぜる。

結果 水の量は様子を見ながら調節した。予想通りの性質を示した。

考察 簡単だった。片栗粉とコーンスターチの両方で同様の結果が得られた。両者を混ぜても性質は維持された。ただ、粉があとで服に着くとすごく汚れる。

本番に向けて 結果は安定しているので、汚れすぎないように注意が必要。
振動を加えることでモノが沈んでいったり、浮かび上がってきたり。ヘルツを調整することで生き物のように動き出したりするので、準備しておくといい。

参考資料
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%80%E3%82%A4%E3%83%A9%E3%82%BF%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%83%BC
http://engineerlive.jp/life/article/jikken03
http://eniguma.blog85.fc2.com/blog-entry-2207.html

実験4 雲を作る

原理 雲は空気中のちりを核として水蒸気が凝結してできる水滴、氷滴である。そこに太陽光が当たると光が散乱して白く見える。ペットボトルを凹ませることで内部の圧力を変化させると温度の変化に伴い一瞬雲が形成される。

簡単な説明
 凹んだペットボトルが膨らむ→気圧が下がる→温度が下がる→水蒸気が凝結(参考資料1)

難しい説明
 温度の変化をしっかりと説明するためには、熱力学が必要となります。
 熱力学第一法則と状態方程式から
 T・V^(γ-1)=一定 T;温度、V;体積、γ;比熱比(定圧比熱と定積比熱の比)
最初の状態をT0, V0 断熱変化後の状態をT1, V1とすると
T1/T0=(V0/V1)^(γ-1)
この式から、断熱膨張 V0 < V1 , T0 < T1 となり温度が下がる(参考資料2)。
しかし、気圧の低下は露点温度も引き下げてしまう。そこで、圧力が下がって露点温度が引き下がる効果よりも、圧力の低下による気体の温度低下の効果の方が大きい必要性について考えている人もいる(参考資料3)。

材料 ペットボトル(1.5L炭酸飲料、圧力変化に耐えるように)、40℃位のお湯、線香、火(チャッカマン)

方法 
1、 ペットボトルにお湯100mlを入れる
2、 線香に着火し、煙をペットボトルの中に入れる(数十秒)
3、 蓋をする
4、 ペットボトルを押した状態でしばらく待ってから離す。

結果 たしかに白い煙が見えた。が、地味だった。

考察 
煙のちりを核にして雲が形成される。水の代わりにエタノールを使うとすごいらしい(参考資料4)。

本番に向けて 簡単だけど地味すぎるかも。

参考資料
1.http://rika.el.tym.ed.jp/cms/57305b66/592a967d30fb670830fb661f306e5b667fd2/30c330c830c830eb306b6f02304696f2/30c330c830c830eb306b6f02304696f2
2.http://gakuen.gifu-net.ed.jp/~cont1/kou_rika/data/sido/s42.pdf
3.http://homepage2.nifty.com/AXION/contents/fiction/003.html
4.http://www.agport.co.jp/products/houseware/kitchen/kumo.html


実験5 スーパーボール作り

原理 塩析(salting out) 理屈は説明したので省略

材料 洗濯のり、食塩、水
道具 計量カップ、割り箸(鉛筆)、紙コップまたは洗面器

方法
1、 洗濯のりをコップに入れる
2、 飽和食塩水を作る
3、 飽和食塩水を洗濯のりへ加え、よく混ぜる
4、 底の方にできる白い塊を割り箸で取り出して丸くする
5、 よく水分を拭き取って乾燥させる

結果
 最初、少量で行ったところ成功した。ティッシュでよく水分を拭き取るとスーパーボールのようになってきたが、跳ね返りは本物に及ばない。
 次に、ラージスケルで試みたが、溶けきれていない食塩が混入してしまったため、塩の結晶がボール内に混入してしまった。結果さらに跳ね返らないボールになってしまった。

考察
 慎重に溶液を調整すれば、それなりのものを作ることは可能だと思われる。しかし、乾燥までに時間がかかることが問題になる。
 絵の具による着色は可能らしい。
 ホウ素を入れることもあるらしい。
 ラテックス、クエン酸方式の方がいいものができるらしいが予算が。。
 ブラックの言う、不思議な跳ね返りはスーパーボールが最初地面にぶつかったあとにかかるボールの回転によるものらしいです。これはピンポン玉では起こらないそうです。板とボールのあいだの摩擦力の大きさに依存する現象だということでした。
 割り箸がなかったのでブラックの鉛筆を使いましたが次回からは割り箸で。
 塩析を英語で言うとソルティングアウト。必殺技みたいな響きになる。

本番に向けて
 溶液調整までは大人がやっておくべきだと思う。
 色もあったほうがいいと思う
 乾燥にはドライヤーが必要かな


参考資料
http://homepage3.nifty.com/kawatani/mono/37.htm
http://www.geocities.co.jp/NeverLand/3113/asobi-superball.html
http://natsci.kyokyo-u.ac.jp/~okihana/trivia/bound/bound.html

やっぱ長い。もう朝だ。

おまけ
 最近は試験やらなんやらでちょっと学園に行く頻度が減っていた。毎週のようにいってる時はちょっと飽きてくるし、飽きられてる気がする。「なんだ、えーてか」って感じの反応になる。間隔があくと向こうからやってくるし、可愛く見える。お互いに何かの周期があるように思う。
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コメント

No title

いつのミーテや活動に出られるだろうか、と時をうかがっているわりへいです。
ブログアップお疲れ様です。
非常にわかりやすいですね。

実に面白い…

わっ…すごい。
書いてあることの半分もわからないけど。
えーてさんが凄すぎるのか、自分の知識不足が甚だしすぎるのか…
きっとえーてさんが凄すぎるんでしょう(笑)

ブラックの『ガリレオ』を見てみたい(^-^)/

No title

わりへい、生きててよかった。暇になったら関西に行くかもしれない。

結局のところわかりやすいのか、わからないのかよくわからないブログですみません。まあ、博士課程の見栄とこだわりです。書いてるうちにさらに疑問が出てきたりして、意外と奥深い現象です。
理系の人も多いので、教養?まあ雑学程度にはなると思います。

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