はじめに

　テレビで空気砲を知り、段ボール箱で作った。空気砲にどのくらい力があるのか、正体を知りたいと思い、５年生から研究している。

昨年の研究（パート１）で分かったこと

今年の研究（パート２）

実験１：２つの空気砲のリング同士をぶつけたらどうなるか

〈方法〉

　空気砲を向かい合わせで発射し、煙のリングの様子をビデオで撮影して観察する。①同じ大きさの穴から、同じ力で発射したリング同士をぶつける。②大きな穴（直径15㎝）と小さな穴（直径５㎝）のリングをぶつける。③同じ大きさの穴から、強く発射したリングと弱く発射したリングをぶつける。

〈結果〉

実験２：空気のリングは真っ直ぐ飛ぶか

（１）リングを発射して、前に立てた段ボール板の穴をくぐらせる。

〈方法〉

　①直径５㎝の空気砲のリング→大きい穴（直径15㎝）②直径15㎝の空気砲のリング→同じ大きさの穴（直径15㎝）③直径15㎝の空気砲のリング→小さい穴（直径５㎝）の３つの場合について観察する。

〈結果〉

（２）発射したリングは、物にふれると方向が変わるか調べる。

〈方法〉

　前に置いた段ボール箱の上面に沿ってリングを発射し、進む様子を観察する。

〈結果〉

　上面すれすれに通ったリングは、へりの角を過ぎて急に下向きに曲がった。

実験３：空気砲で的を狙ったときに、リングの当たり方で的の倒れ方は変わるか

　リング周辺の空気の動きをさぐる。

〈方法〉

　折り紙で作った４個の的を15㎝間隔で直線上に並べ、空気砲のリングを手前から的に直接当てた場合、的の上をかすめるように当てた場合について各30回行い、的の倒れ方を観察する。

〈結果〉

　リングが直接当たると、的は後ろに倒れたり吹き飛んだりした。リングの端がかすめた時は、前から１番目の的は倒れず、２番目、３番目の的は前方に倒れるものが多く、４番目の的は吹き飛ばされたものが多かった（下表）。

〈考えたこと〉

　手前に倒れたのは、リングが進む方向とは反対向きの力が的に加わったからだ。倒れないように二つ折りにした折り紙の的で確かめると、やはり的は手前に移動した。

実験４：空気のリングを好きな方向に曲げて、飛び方をあやつれるか

〈方法〉

　リングのやや斜め後ろにうちわをそっとかざしながら、リングの動きを観察する。

〈結果〉

　リングは、うちわをかざした側とは反対側に離れるように曲がって飛んだ。

追加実験：リングの周りの空気の流れの方向を確かめる

　インターネットや本で調べると、空気のリング（渦輪〈うずわ〉）は、中心から外側に向かって空気が流れ、後ろに向かって回転しながら渦をまいているという。リングをビデオで撮影し、空気の渦が回る様子が観察できた。

今回の実験で考えたこと

　リングの周りには、渦による後ろ向きの空気の流れがある。〈実験２〉で、リングが穴の端にふれた側に曲がったのは、ふれた側の後ろに向かう空気の力が弱くなったからだ。段ボール箱の上面の角でリングの方向が下に曲がったのも、角にふれた側の空気の渦が弱くなったからだ。〈実験３〉で、上をすれすれに通ったリングで的が手前に倒れたのも、渦による後ろ向きの力のためだ。より後方の的が吹き飛ばされたのは、リングの端が的にふれて、進む方向が急に下に曲がったからだ。〈実験４〉では、リングの後ろにかざしたうちわを、後ろ向きの空気が強く押してリングは逃げていくので、かざした側とは反対方向に曲がったのだ。

ぶつかり合ったリングの大きさが変わった理由

　〈実験１〉で２つのリング同士がぶつかる直前に大きくなったのは、リングの中心から外側に向かう空気の流れが合わさり、互いのリングを外側に大きく広げたからだ。
　昨年の実験で２つ穴、３つ穴からリングを一緒に飛ばした時にも、隣同士のリングが急に角度を変えて向き合い、やはり一瞬大きなリングになって合わさってから、はじけて壊れた。

感想

　一番面白かったのは、並べた的の少し上に空気砲を撃つ実験３だった。倒れない的、前に倒れた的、吹き飛ばされた的があって驚いた。何度も絵を描いて空気の渦の方向とその力について考えてみたら、的が前に倒れることやリングの飛ぶ方向が変わることなどの仕組みが分かった。リングの正体が昨年よりもよく分かってうれしかった。