研究の動機

　「液だれ」は生活の中でよく起きる。卵焼きを作ろうとフライパンに卵液を流すと、容器の縁から卵液がたれる。メープルシロップをかける時も、容器の口にたれてべとべとになる。醬油差しの口にも、たれた醬油のしみができてしまう。新しい醬油差しに替えたら、液だれは起こらなくなった。お母さんも「注ぎ口のある容器を使えば、卵液がたれないよ」と言う。どうして液だれが起きるのか、研究することにした。

研究の目的

「液だれ」が起きる原因と、防ぐ方法を見つける。

実験1:容器の素材、形状の違いと液だれの発生の関係を調べる。

〈方法〉

　6種類の素材の容器をゆっくり、あるいは素早く傾けて水を流す。注ぎ口に液だれがあった時の角度を記録し、様子を観察する。用意する素材はガラス(注ぎ口のある計量カップ、醬油差し、びん、縁のない皿、 コップ)、プラスチック(ペットボトル、注ぎ口のあるペットボトル、コップ、縁なし容器)、ステンレス(縁のある鍋、コーヒー用ポット、おたま、レードル)、陶器(先のとがった器、マグカップ、急須、注ぎ口のある器)、紙(コップ)、木(コップ)。液体の流れや角度が分かるように、角度の目盛りを描いた黒色の画用紙を背景に張る。

〈結果と考察〉

①液だれが起きやすい素材はガラス、陶器、ステンレス、木。液だれが起きにくいのはプラスチック、紙だった。液だれが起きやすい素材では、水が容器に吸い寄せられているように見える。反対に、液だれが起きにくいプラスチックなどは水をはじき、水の表面張力がよくはたらいているように見える。
→素材は液だれの発生に大きく関係している。素材による違いは撥水(はっすい)力の違いではないか。
②液だれの起きやすい素材であっても、注ぎ口がとがったもの、縁のある形状の容器は液だれがしにくい。→容器の形状、注ぎ口の有無は、液だれの発生に大きく関係している。素材によらず、容器の形状を工夫することで液だれを防ぐことができる。

実験2:素材によって撥水性と親水性がどう違うか調べる。

〈方法〉

プラスチック、ガラス、ステンレス、陶器、紙、木の各容器の底面に、ストローで水を1滴たらし、水滴の広がり(接触面の大きさ)と素材との接触角を計測する。水のはじきが大きいほど撥水性が高く、水滴の表面 張力による接触角も大きくなる。逆に、水のはじきが小さいほど親水性は高く、接触角は小さくなる。

〈結果〉

〈考察〉

①素材によって接触角が違う。撥水性の高いものは液だれが起きにくく、親水性の高いものは水を引き寄せるので、液だれが起きやすい。
→水の表面張力のはたらきには、接する素材との関係が影響する。
②紙は本来が親水性の高い素材だが、紙コップは撥水加工をしているので水をよくはじく。しかし使っているうちに濡れやすく、液だれを起こしやすくなる。
→どんな素材も撥水加工をすれば、ある程度の期間は、液だれを防ぐことができる。

実験3:液体の種類によって液だれの発生に違いがあるか調べる。

〈方法1〉

　水と8種類の液体(コーヒー、はちみつ、メープルシロップ、米油、醬油、ソース、洗剤水、卵液)をそれぞれ1滴ずつ、プラスチック容器にたらす。その広がりや様子を観察する。

〈結果〉

　素材(プラスチック)への広がり具合は上から、 洗剤水・ソース・米油・醬油・コーヒー・卵液・メープルシロップ・はちみつ・水の順。丸まろうとする力が一番弱い洗剤水の表面張力が一番弱い。

〈方法 2〉

　水(30ml)に片栗粉(5、10、20、30g)を溶かし、粘度の異なる液体による液だれの発生の違いを調べる。容器は水で液だれがしにくいものを使う。

〈結果〉

　粘度の高い液体ほど、容器の口に残り、それが 液だれにつながった。

〈考察〉

　液だれを防ぐには、液体の種類によって容器の素材、形状を変える必要がある。

実験4:容器の注ぎ口の広さによって液だれの発生に違いがあるか調べる。

〈方法〉

　内径が 15mm、12mm、10mm、8mmの4種類の試験 管(ガラス製)に水を満杯に入れ、それぞれ角度 30°、 60°、90°、90°以上に「早く」「ゆっくり」傾けた時の、液だれの発生の有無や様子を観察する。

〈結果〉

　口が細い(8mm)試験管は、逆さに傾けても水が 流れ出なかった。重力よりも表面張力が勝っているのか。少し太くなると(10、12mm試験管)、ある程度の角度までは水が試験管内にとどまり、90°以上で流れ出た。12mm試験管は「ゆっくり」速度で傾斜 60°と 90°の 時に液だれが発生した。さらに太いもの(15mm試験管) は「ゆっくり」速度、傾斜 30°~ 90°で液だれが起きた。

〈考察〉

　液体の種類や表面張力によって、液だれが発生しやすい口径の大きさがある。さらに液体同士が程よく引き合っていると、液だれは発生しにくいのではないか。

実験5:液だれが発生しにくい注ぎ口の形状を考える。

〈方法〉

　プラスチック製のチューブ(内径 12mm、24mm) の注ぎ口を、角度を変えて斜め(70°、45°、30°)に切断する。注ぎ口に上向きのカーブをつける。注ぎ口に液体を誘導する針金を入れる。注ぎ口の内縁や外縁を斜め (45°)に削る。注ぎ口の外側に溝を作る――などの加工をする。洗剤水と片栗粉を溶かした水をそれぞれ流し、液だれの発生をみる。

〈結果〉

　注ぎ口を上にカーブさせたもの、外側に溝をつけたもの、液体を誘導する針金を入れたものは、液だれがほとんど発生しなかった。

〈考察〉

　出てくる液体が容器の外側に接触しないような形状であれば、液だれが防げる。

まとめ

　液だれが起きやすい液体、起きにくい液体があり、表面張力が弱く、粘度の高い液体ほど液だれしやすい。さらに容器の素材、撥水性か親水性かによっても液だれ が起きやすくなったりする。注ぎ口の形状を工夫することで、液だれを防げることも分かった。

感想

　普段から困り、不思議に思っていた液だれ現象の原理が分かった。液体の種類によって最適な素材や注ぎ口の形状があると思う。機会があったら、ガラスや陶器でも注ぎ口の形状をいろいろ変えて調べてみたい。