研究の動機

　昨年から、IHクッキングヒーターの上に置いた味噌汁のおわんが動く現象について研究をしてきた。昨年の研究で、「おわんが動く仕組み」と、「動きやすいおわんの形」を発見した。詳細は、下の図のとおりだ。

　ただ昨年の研究では、2つのことを不思議に思った。「おわんが動いては止まり動いては止まり、とぎれとぎれに動くこと」と、「トッププレート（面）の状態によって、おわんの動き方が違うこと」だ。今回は、おわんの動く様子をより詳しく観察し、2つの不思議について突き止めることにした。今回の研究では、前回の研究で動く距離が最も長かったおわんを使用した。

実験1〜2

実験1〜2でおわんの動き方を確認

　実験1では、おわんの動く方向を確認した。これまでIHの上で実験を行うと、おわんは必ず手前から奥へと動いた。トッププレートに傾きがあるのかどうか、水平器で確かめる。すると、手前のほうが少し高かった。おわんをどこに置いても奥へ動くのは、ほんの少しの傾きでも、高いところから低いところへすべるからだった。
　実験2では、水の役割を確認した。水はおわんをすべらせるだけの役割だと思っていたが、それ以外の働きがあるのだろうか。トッププレートを霧吹きでぬらし、おわんを置く。90℃の湯を注いだ場合と70℃の湯を注いだ場合で動き方を比較した。すると、90℃のおわんの底からぶくぶくと空気がもれ、ぶくぶくしている間はおわんは動かなかった。70℃のおわんのほうは底にぶくぶくが見られず、よく動いている。70℃の湯を注ぐとおわんの底の空気が温められふくらんで、おわん自体が少し浮き、わずかなかたむきでもスーっと動くと考えられる。その時、トッププレートの水は底から空気がもれないように閉じ込める役割がある。90℃と湯の温度が高すぎると、空気が急にふくらみすぎて水の壁を壊し、結果的に空気がもれてしまう。70℃のおわんが動いては止まるのも、空気がふくらみすぎると空気がもれて止まってしまう。止まっている間にまた空気がふくらみ、また動き始める。これが、とぎれとぎれに動く原因だと考えた。

実験3〜4

実験3〜4でおわんの動き方を観察

　実験3ではおわんに80℃の湯を注いだ時、どう動くのかを観察した。トッププレートを霧吹きの水で20回ぬらし、おわんを置いて80℃の湯を80g注ぐ。おわんは動いては止まり動いては止まりをくり返すが、止まる度に最初の位置からの距離とその時の湯の温度を計る。別に、動かさないおわんも用意した。動くおわんと同時に80℃の湯を80gを注ぎ、動いたおわんが最後に動かなくなった時、動かないおわんの温度も計って比較した。この実験を5回行い、距離も温度も平均値を求めた。
　実験4では60℃の湯を80g注いだおわん、70℃の湯を80g注いだおわんで、実験3と全く同じ観察を行った。実験3と実験4の結果が下の表だ。

　温度が高い湯を注ぐと、最後におわんが止まる温度も高い。温度が低い湯を注ぐと止まる温度も低い。注ぐ湯の温度と最後に止まる湯の温度に、決まった温度差があるわけではなかった。しかし最後に止まった時の温度は、動いていなかったおわんの同時刻の温度より低い場合が多い。湯の熱がおわんを動かすために使われていると考えた。また、湯の温度が高いほうが動く距離は長かった。

実験5〜8

　おわんが動いたり止まったりするには、水の働きも重要だ。実験5〜8では、トッププレートにぬる液体の種類を変えて、おわんの動きを観察することにした。

実験5〜8

　実験5ではトッププレートに水（25℃）、氷水（1.5℃）、食器洗い用洗剤と水を混ぜたもの、オレンジジュース、油、さとう水（水100gにさとう30gを溶かす）をそれぞれ、霧吹き20回分まいた（油はキッチンペーパーにしみこませてトッププレートに塗った）。その上に70℃の湯を90g注いだおわんを置いて3分間観察し、動いた距離を比較する。その結果、最も動いたのが氷水で37cm、さとう水20cm、水18cm、食器洗い洗剤と水を混ぜたもの16cm、油10cm、オレンジジュース6cmの順だった。氷水とさとう水は、おわんの底の空気を閉じ込める力が強いから、動く距離が長くなると考えた。
　実験6はトッププレートに氷水（1.5℃）、水（15℃と25℃）、湯（40℃）をまいて、実験5と同じ方法で動く距離を観察した。5回の平均で比べたが、結果はやはり氷水がトップで32cm、最下位は湯で12.4cmだった。
　実験7では、さとう水の濃度を変えて動き方を確かめた。100gの水にそれぞれ10g、20g、30g、40g、50g、100gのさとうを溶かしたもので調べたが、最も動いたのは10gの27.8cm（実験5回の平均値）、濃度が上がるに従って動く距離は短くなった。実験8では水100gにそれぞれ10g、20g、30gの塩を溶かして調べたが、塩水はどの濃度でも水よりも距離を出せなかった。

実験9〜11

実験9〜11

　前回の研究で、トッププレートにまく水の量が多すぎると、おわんが動かないことがわかっている。実験9では20度に傾けた机を霧吹きの水でぬらし、机の上方に空のおわんを置いて手を離すと、おわんがどれだけ下へ動くかを確かめた。机をぬらす水の量を霧吹き30回、60回、100回分と変えて調べたところ、30回では20cm、60回は13cm動いたが、100回は6cmしか動かなかった（机を水でぬらさない場合は31cm動いた）。
　実験10は実験9の水の抵抗を、写真のような自作の実験道具を使って数字で表した。机に置いた重さ40gの保存容器と右下の容器をたこ糸でつなげる。テープ台の滑車を経てぶら下げた容器に1円玉をゆっくり1枚ずつ入れていき、何枚入れると保存容器が動くのかを観察した。保存容器を置いた机に霧ふきで30回、60回、100回と水を吹きかけ、それぞれおもりが何gなら保存容器が動くのかを確かめる。すると、30回は20g、60回は24g、100回は27gで動くことがわかった（台を水でぬらさない場合は15gで動いた）。
　実験11では、実験6〜8で動く距離を比べた氷水と湯、濃度の違うさとう水、濃度の違う塩水を使って、実験10と同じように保存容器が動く重さを比べた。すると、軽いおもりで動き始めるのは水の分野では氷水、さとう水の分野では100gに10gを溶かしたもの、塩の分野でも100gに10gを溶かしたものだった。氷水を霧吹き30回吹きかけた場合17gのおもりで保存容器は動き、60回は20g、100回は22gで動いた。さとう水10gは、30回は14g、60回は19g、100回は20gで動く。塩10gは30回は22g、60回は24g、100回は25gで動き始めた。