これまでの研究と目的

　これまで「空気」をテーマに研究してきた。２年生の時は風船やボールなどを使って実験し、空気に力があることを確かめた。３年生では空気の力が「見たい」と思い、タフトの糸などを使って、ドライヤーの空気で浮くピンポン球や、カップめんの容器の周りの流れを見る実験をした。空気は、ピンポン球やカップめんの容器などのなめらかな曲線にそって流れていることが分かった。４年生の時は、さらにピンポン球の周りの空気の流れを詳しく知るために、ドライアイスの煙を使って調べた。煙は空気の流れの速さによって、小さな渦や大きな渦になった。また、空気の流れが速くなるにつれて、小さな渦がたくさんできることが分かった。しかし、キャップの裏側にドライアイスの煙が見えない所があった。今年は、その部分の空気の流れはどうなっているのか、詳しく調べることにした。

空気の流れの研究

①ペットボトルにドライヤーなどの風を当てて、反対側の状態を調べる。
②吹き流し（タフト）の流れや線香の煙、ろうそくの炎を利用して風の流れを調べる。

【実験１-１】

断面が円形のペットボトルの裏側にできる風の流れを、タフトの糸で調べる。
※裏側の流れの「見えない」部分をＸ点とする。

《方法》

発泡スチロール板にペットボトル（重しとして水を入れる）を置き、その裏にタフトを付けた竹ぐしを刺す。ペットボトルの横から送風機で風を当て、竹ぐしのペットボトルからの距離を０㎝から１㎝ずつ離し、その時のタフトの流れる様子を観察する。

《方法》

発泡スチロール板にペットボトル（重しとして水を入れる）を置き、その裏にタフトを付けた竹ぐしを刺す。ペットボトルの横から送風機で風を当て、竹ぐしのペットボトルからの距離を０㎝から１㎝ずつ離し、その時のタフトの流れる様子を観察する。

《結果》

距離０㎝、１㎝、19㎝では流れがなかった。19㎝からは風にゆれなかった。

《考察》

ペットボトルの裏側０～１㎝がＸ点だ。ここには風が吹いていない。

【実験１-２】

Ｘ点の空気の流れを、線香の煙で調べる。

《方法》

発泡スチロール板に網目板を重ね合わせて、火のついた線香をさす。線香の前にペットボトルを置き、送風機で風を当てて、線香の煙の様子を観察する。

《結果》

煙が飛び散ってうまく観察できなかった。

【実験１-３】

線香の代わりに、ロウソクの炎を使う。さらに送風機の位置を左右、前後に動かしながら風を当てて様子をみる。

《結果》

ペットボトルに風を当てると、ロウソクの炎は前後左右にゆれ動いた。ペットボトルの真後ろ（Ｘ点）では、ロウソクの炎はゆれなかった。送風機を左右に動かすと、ロウソクの炎も左右にゆれた。

《考察》

Ｘ点では、風の流れがないことが分かった。送風機を右に動かすと、炎は左に動き、送風機を左に動かすと、炎は右に動いたことから、風はペットボトルの曲面（側面）に沿って流れていることが分かった。送風機を前に出し、ペットボトルに近づけると、ロウソクの炎は風と同じ方向にゆれたので、Ｘ点が変わったことが分かった。

【実験２-１】

送風機の風が、ペットボトルの両側のどこまで吹いているのかを調べる。

《方法》

９個のロウソク立てを横１列に３㎝間隔で並べ、それらの上にロウソクを立てる。真ん中のロウソクの前4㎝にペットボトルを置き、ロウソクに火をつけてから、ペットボトルに風を当てる。

《結果》

ペットボトルの真後ろにある３本のロウソクの炎が消えた。

《考察》

【実験1-1】のタフトの時とは違って、風のないＸ点はなかった。ペットボトルとロウソクが離れすぎていたためだ。

【実験２-２】

ペットボトルとロウソクの距離を２㎝にして追加実験した。

《結果》

同じ３本のロウソクの炎が消えた。

【実験２-３】

ペットボトルとロウソクの距離を１㎝にして再び実験した。

《結果》

ペットボトルの真後ろの１本と両端２本ずつ４本の、計５本のロウソクの炎が消えずに残った。真後ろのロウソクの両隣に２本ずつある計４本のロウソクの炎が消えた。

《考察》

ペットボトルの真後ろのロウソクの炎が消えなかったことから、風のないＸ地点があることが分かった。Ｘ点は真後ろのロウソクとペットボトルの距離、送風機とペットボトルの距離、ペットボトルの真正面から風を当てるなどの条件が組み合わさってできる。

【実験３】

大中小のペットボトルの後ろに８本のロウソクを１㎝間隔で縦１列に並べ、ロウソクの炎が消えないＸ点の範囲を調べる。

《結果》

小ボトルは真後ろの１番目の１本だけ消えなかった。中ボトルは１、２番目の２本が消えなかった。大ボトルは１～３番目の３本が消えなかった。

《考察》

ペットボトルが大きくなるに従い消えないロウソクが増えたことから、ペットボトルの曲面に沿って流れる空気の輪が大きくなり、Ｘ点の範囲も広がることが分かった。
次に、いろいろな形のものに風を当て、ロウソクの炎の様子を観察する。

【実験４-１】

断面が長方形のペットボトルの①大きい方の側面に風を当てた場合、②小さい方の側面に風を当てた場合のロウソクの炎の様子を調べる。

《方法》

９本の横１列に並べたロウソクの前にペットボトルを置き、風を当てる。

《結果》

①の場合は、中央（真後ろ）と両端２本ずつの、計５本のロウソクの炎が消えなかった。②の場合は、中央の両隣の２本が消えた。

《考察》

①の場合は、側面を流れた風が一部、ペットボトルの後方に回り炎を消した。②の場合は、ペットボトルの角が曲面であるため、より均一に風が回り込み、中央のロウソク部分にＸ点ができた。

【実験４-２】

牛乳パックで調べる。

《結果と考察》

中央のロウソクの片隣の２本だけが消えた。断面が四角形のものは、風が正面ではね返ったり、逃げたりするので、側面をなめらかに流れることはない。

【実験４-３】

三角柱の①角を風に向けた場合、②平面を風に向けた場合について、後ろのロウソクの様子を調べる。

《結果》

①では、両端から２番目の２本のロウソクの炎が消えた。②では、１本も消えなかった。

《考察》

①の場合は、風が両斜面に沿って流れ、後方に抜けて行ったので２本のロウソクの炎を消した。②の場合は、平面が風をはねかえしたり、両脇へ逃がしたりしたので、ロウソクの炎はゆらしたが、消すまでの強い流れにはならなかった。

【実験４-４】

半円柱の①曲面を風に向けた場合、②平面を風に向けた場合について調べる。

《結果》

①では、真後ろは消えず、両隣の２本ずつ計４本が消えた。②では、両端から２番目の計２本が消えた。

《考察》

①では、曲面に沿って風が流れたので、円形のペットボトルの時と同じような、風の吹かないＸ点ができた。②では、風が平面ではね返されたり、横に逃げたりして裏側の曲面に沿って流れて行かず、端から２番目しか消せない流れだけが残ったのだ。

【実験４-５】

２つの直方体を使って直線的な空気の流れを作り、ロウソクの炎の様子を調べる。

《結果》

２つの直方体を、①風に対して「逆ハの字」に置いた場合も、②「ハの字」においた場合も、直方体の間の後ろのロウソクの炎が消えた。

《考察》

２つの直方体がうまく風を集めて後方に流し、炎を消すことができた。①の場合に、両側のロウソクの炎が一瞬、中央の風の通りに引き寄せられるようにゆらいだのが不思議だ。もっと調べてみたい。

【実験５】

横１列のロウソクの前に２本のペットボトル（断面が円形）を横に並べ、風を当てたときの炎を調べる。

《結果》

２本のペットボトルの間の３本のロウソクの炎を残し、ほかの炎はすべて消えた。

《考察》

風はそれぞれのペットボトルの曲面を流れ、２本の間のすき間の後ろがＸ点となったので、３本のロウソクに風が届かず炎が消えなかった。その３つの炎が、なぜすき間の方になびいたのだろう。

【検証実験６-１】

ペットボトル（円形）、牛乳パックの側面を風がどう流れているのか調べる。

《方法》

風になびいている吹き流しのビニールテープに、ペットボトルと牛乳パックを近づける。

《結果》

①ペットボトルの場合、テープは曲面に沿って後方内側に曲がった。②牛乳パックの角を近づけた場合、外の方向に曲がった。③牛乳パックの平面を近づけた場合も、外の方向に曲がった。

《考察》

空気は面に沿って流れる。

【検証実験６-２】

２本のペットボトル（円形）の間を通る風の流れを調べる。

《方法》

風に流れる吹き流しのビニールテープを間にはさんで２本のペットボトルを置き、徐々に２本の距離を縮めていく。

《結果》

距離が縮まるにつれて、ビニールテープはペットボトルの高い位置で、激しくなびくようになった。

《考察》

２本の距離が縮まったことで、すき間の気圧が低くなり、まわりから空気が一気に押し寄せたことで、吹き流しの流れが速くなったと考えられる。

研究の感想

　何度も実験に失敗したり、予想した結果が出なかったりしたけど、何とか最後までやりとげられた。これからも粘り強く、熱意を持って研究を続けたい。