こんにちは！サイエンスコミュニケーターのくもMです。

奈良県を中心に身近な科学を通じて、学びを遊びに変えていくためサイエンスショーや実験教室を開催しています。

今回のテーマは『アイスクリーム』

皆様アイスクリーム好きですか？好きですよね！

実はそんなアイスクリームは簡単にお家で作れちゃうのです。

今回はアイスクリームをお家にもあるものを使って作りながら、そして食べながら科学を学んでいただこうと思います！食べることも立派な学びです。

それでは早速作っていきましょう。

準備するもの

準備するものは以下の通りです。

・氷：大量
・塩：大量
・牛乳：100 mL
・生クリーム：100 mL
・バニラエッセンス：2, 3滴
・砂糖：15 g
・チャック付きの袋大、小

※1人で食べるには多い量です。ご注意ください。

作り方

1.まずは小さい方のチャック袋に牛乳と生クリームを1：1で入れましょう。今回は100 mLずつとしています。

2.バニラエッセンスを2, 3滴、砂糖を15 g加えてしっかりとシェイクしましょう。砂糖をしっかり溶かしてね。

3.しっかりと砂糖が溶けたら、大きなチャック袋に氷をたくさん入れましょう。

4.氷を入れたところに塩をたくさん入れます。※大さじ4杯ほどで十分です。

5.氷と塩を入れた大きなチャック袋にアイスクリームの材料を入れた小さなチャック袋を入れます。※しっかりとチャックが閉まっていることを確認してください。

6.あとはシェイクするだけ！みるみるうちに硬くなっていきます。※とても温度が下がるのでタオルを巻いて振ることをお勧めします。

7.アイスクリームは完成です。

さらに詳しい作り方を知りたい方は一番下の動画をご覧ください。

どうしてアイスクリームができたの？

冷凍庫にアイスクリームの材料を入れて置いておいてもそんなにすぐにアイスクリームはできません。また、カチカチでアイスクリームとは程遠い存在になってしまうのではないでしょうか？

しかし、今回の作り方ではあっというまにアイスクリームができましたよね。なぜでしょうか？解説していきましょう。

融解熱

大きなチャック袋にはたくさんの氷と塩を入れましたね。そうするとみるみる温度が下がっていったはずです。

皆様も感じることができたと思います。

一体どうして氷に塩をかけると温度が下がっていくのでしょうか？

通常、0℃になると水は氷になりますよね。このように氷になることを凝固、逆に氷が水になることを融解と言います。

今回、大事になってくるのは「融解熱」。融解熱とは固体が溶けて液体になる時に必要な熱量のこと、つまり氷が水になる時に周りから奪う熱のことです。

これは氷や水を水分子の粒として考えることでイメージがつきやすくなると思います。

氷（固体）の状態では水分子はあまり動いていないので、お互いに強く引き合っています。しかし、水（液体）の状態では水分子はお互いに引き合える程度に揺れ動いている状態です。

みんさんもそうだと思うのですが、揺れ動くにはエネルギーが必要ですよね。まさにこれと同じで、氷の状態の水分子が周りからエネルギー、つまり熱を受け取ることで水になることができるのです。

つまり、温度が下がるのは塩をかけることで氷がどんどん溶け、周りから熱を奪っていくからということですね。

凝固点降下

氷に塩をかけていくと氷の一部分が溶けていって温度が下がっていくことはわかりました。

しかし、思い出してください。水は0℃になると氷になってしまうんですよね？

氷に塩をかけると-10℃は軽く超えていきます。何が起こっているのでしょう。

これは塩が水に溶けることで『凝固点降下』が起きているのです。

簡単に説明すると、水に塩が溶けることで氷になりにくくなっているということ。つまり、凝固点が降下している、0℃で凍るはずなのに-20℃でも氷にならないようになってしまったということです。

塩が水分子が集まってこようとするのを邪魔しちゃうんですね。

その結果、0℃でも凍らなくなる＋氷が溶けて温度が下がる　ことでどんどん温度が下がっていきました。

実はこの凝固点降下は身近なところにも利用されています。

冬、道路に白い粉が撒かれているのを見たことがありませんか？

この白い粉の正体は塩化カルシウムと言いまして、塩と同じ働きをしてくれるので道路が凍らなくなるのです。

次の冬には意識して観察してみてください。

凝固点降下の動画⇩

冷やされ方の違い

氷に塩をかけるとどんどん温度が下がっていく理由は分かっていただけたかと思います。

しかし、アイスクリーム作りには更なる科学が隠れています。

冷凍庫の設定温度は約-18℃ですが冷凍庫に入れてもこんなにすぐにアイスクリームができないし、なんならカチカチになってしまいますよね。なぜでしょう？

それは冷凍庫と今回の冷やし方の違いに答えがあります。

冷凍庫は冷たい空気が物を冷やしますが、今回はどうでしょうか？水や氷が直接冷やしていますよね。

空気の方が分子が少ないので、冷やすのには時間がかかってしまうのです。冷えるのに時間がかかるということはゆっくりと氷になるということです。

すると、1つ1つの氷の結晶が大きなものとなり、カチカチになってしまいます。

一方、アイスクリームは急激に冷やされて作られるので氷の結晶が細かくなり、柔らかくなるのです。

また、この冷やされ方をイメージするにはサウナで考えるとわかりやすいと思います。

90℃のお湯に手を突っ込んだら火傷してしまいますよね？しかし、90℃のサウナに入っても火傷しません。

これも同じで、空気の方が分子が少ないので火傷しないのです。

アイスクリームを作るだけですがたくさんの科学が詰まっていますよね。

視点を変えてみると色んな所に繋がっているということがわかると思います。

ぜひ、美味しいアイスを食べながら身近に溢れる科学を学んでみてください。

こんにちは！サイエンスコミュニケータのくもMです。

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今回は簡単にお家でもできる『美しい実験』をご紹介していこうと思います。

実は私たちが普段目にする白い光にはたくさんの色が混ざっています。

ロウソクとCDを組み合わせることで、そのことを確かめることができるんです。

お家でも簡単にできるとっても綺麗な実験ですので、ぜひやってみてください。

※火を使う実験なので、お子様は必ず保護者の方と挑戦してください。

準備するもの

準備するものは以下の通りです。

・ろうそく（3号以上の大きなロウソク）
・ロウソク立て
・CD
・火をつけるもの

たったこれだけで美しい実験ができます。

ロウソクは大きいものを使用した方が良いです。3号の大きさがあればOK。

実験

それでは、実験していきます。

ロウソクをロウソク台に立て、部屋の電気を消して火をつけていきましょう。

あとは、ここにCDをかざすだけです。

すると

このようにとても綺麗な色のグラデーションができます。

とても綺麗ですよね。

距離を変えれば

近づけたり、遠ざけたりすることで色が変わります。

どうして色がみえるの？

色

色は光であり、光の波長によって色は決まります。

白い光はいろいろな色が混ざっているから白くみえるのですが、光の波長が短い、つまり細かい波ほど紫に見えて、波長が長い波ほど赤く見えるのです。

私たちが見ることのできる範囲の光の波長は約380～780 nmのものまでと言われており、この範囲の光を『可視光』と呼びます。

そして、紫よりも短い波長は目に見えませんので、紫外線と言います。反対に赤よりも長い波長は赤外線と言うのです。

どちらもきっと聞いたことがあるはずです。

もちろん、見える波長の範囲は人によって個人差があるので、人よりも短い波長の光を見れる人や長い波長の光を見れる人もいます。

ここでもう一度さっきのCDの写真を見てみましょう。

光が分けられて様々な色、虹が見えています！とても綺麗ですよね。

ではなぜ、このような綺麗な虹ができるのでしょうか。

どうして虹ができるのか？

白い光にはいろいろな色が混ざっていると言いました。

CDの表面にはピットと呼ばれるとても細かく小さなくぼみが規則正しくたくさん並んでいます。

このピットを読み込むことでCDを再生することができるのですが、ここに光が当たると、下図のように色が分かれてしまします。

このような光をわけるものを『回折格子』と呼んでいます。

色によって分かれる角度は異なり、分かれた色同士が強め合ったり弱め合ったりすることで様々な色が見えるのです。

また、CDを遠ざけたり、見る角度や位置によって色が変わって見えましたよね。これは、目にやってくる光が反射する角度が変わるからです。

いろいろな角度や位置で試してみましょう。どんな色がみえるかな？

構造色

このように美しい光を見れる構造は人が作り出したCDのようなもの以外にもたくさんあります。

タマムシを見たことがあるでしょうか？

とても美しい色をしていると思いますが、あれも色素ではなく構造色によるものなのです。

その美しさから国宝にも指定されている飛鳥時代の仏教工芸品である「玉虫厨子」の装飾に用いられていたといわれています。

また、蝶や鳥の羽など生き物たちはこの構造色で美しい色を出しているものが多くいるのです。

現在、塗料や化粧品などにもこの構造色を応用しようという研究もされており、見る角度によって色が変わる車とかが生まれるかもしれません。

本当に楽しみですよね。

周りにいる生き物たちの色が色素によるものなのか？それとも構造色によるものなのか？ぜひ調べてみてください。

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こんにちは！サイエンスコミュニケータのくもMです。

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今回は音にまつわる実験をご紹介していきましょう。

私たちは人それぞれ、違った声を持っています。

そして、そんな声は普段目で見ることはできません。もし、見えてしまえば色んな人の声がこちゃごちゃして大変そうですが・・・。

しかし、今回は見えない声を見る実験！

声で模様を作り、色んな人と比べてみましょう。

お家でも簡単にできる実験です。チャレンジしてみてください。

実験装置を作ろう

準備するもの

準備するものは以下の通りです。

・ボウル
・厚手の黒いビニール袋
・ビニールテープ
・ハサミ
・塩（さらさらのもの）

黒いビニール袋は100円ショップでも手に入りますが、破れやすいのでホームセンターなどで手に入る厚手の物を使用した方が良いです。

この黒いビニール袋をボウルよりも少し大きめのサイズにカットします。

だいたい直径の大きさよりも10 cmは大きくしてください。小さすぎても大きすぎても後で困ります。

作っていこう！

まずは黒ビニール袋をボウルにかぶせていきます。かぶせてから、下の写真のように縦方向にビニールテープを止めていきましょう。

しっかりと黒ビニール袋を伸ばしながらテープを貼っていってください。しっかりと伸ばさなければ綺麗な模様を作ることはできません。

また、対角線上に交互に貼っていくと綺麗にビニール袋を張ることができますよ。

どんどん貼っていきましょう。裏向きにして貼っていくと貼りやすいです。

ここまで貼っていけばひとまずOKです。

表に向けて黒いビニール袋がピンと張れているか確認しましょう。

うまく張れていれば、太鼓のような音が鳴るはずです。

しかし、このままではまだまだ張りがたりません。もっともっと張らなければうまく声の模様を作ることはできないのです。

つぎは、ビニールテープを周りに巻いていきましょう。

この時注意することは、写真のようにビニール袋の膜が張ってあるおもて面から離して、少し下の部分から巻いていくということです。

最低3周は巻いた方が良いので、下の方から巻いていきます。

テープは重ならないように引っ張りながら巻いていきましょう。

これで完成です！さっきとの違いは写真ではわからないかもしれませんが、叩いてみるとすぐにわかります。

音がさっきよりも響くようになったはずです。

それでは実験していきましょう！

実験

塩をまいておこう

実験装置は完成しましたが、このままここに声をかけても音の模様を見ることはできません。

そこで、どのご家庭にでもあるであろうものを使います。

それは、塩です！さらさらしたタイプのものを使用してください。

写真のように表面にまんべんなく塩をまいていきましょう。少なすぎると綺麗に見えないので、多めに巻くことがポイント。

もうこれで準備は万端です。

塩は落ちてしまうので、トレイなどを下にひいておくことをお勧めします。

それが無いと塩まみれになってしまいますよ！

声をかけよう！

それではこちらに思いっきり声をかけて下さい。

小さな声ではだめです。

おもっいっきり大きな声で、「あーーーーー！！！」と声をかけてあげるのがポイントです。

また、ただ声をかけるのではなく、少し両手で口を覆って音が出る範囲を狭めてあげるとより綺麗な模様を見ることができます。

声をかけるとこうなります。

まんべんなく広がっていた塩が、模様のようになりました。

何だかお花みたいではないですか？

この模様は人によってそれぞれ違います。私のはこのような模様になりましたが、皆様のはどんな模様になるでしょうか？やってみてください。

どうして模様ができるのか？

声は振動

私たちの声は喉にある声帯という部分が震えることで出ています。

自分ののどに手を当てて、声を出してみてください。そのことは簡単にわかるはずです。

そして、その声帯の震えが空気を揺らし、その振動が耳に届くので音として聞こえるのです。

また、人によって声が違うのは、人それぞれ声帯の長さや厚さが違いますし体格も違うからで高い声の人や低い声の人がいますよね。

男性の声帯は女性よりも長く厚くなるので、声が低くなるのです。のどぼとけが出ているのはそういうことです。

声は振動であるということはお分かりいただけたかと思いますので、なぜ、それが模様を作るのかを解説していきましょう。

模様ができるのはなぜ？

ボウルに向かって声をかけると、空気を伝わってその振動はボウルに到達します。

すると、その振動はピンと張った黒いビニール袋の膜を揺らすことになり、揺れは膜表面で下のように波となります。

この波は上下に揺れることになります。すると、揺れている部分と揺れていない部分があるのがわかりますか？

青まるで囲まれたところは揺れていませんよね。

ではここでもう一度、声の模様を見てみましょう。

このように塩があまりない部分と塩がたくさんある部分があります。

塩があまりないところは膜が揺れた部分であり、波の部分。反対に塩がたくさんある部分はちょうど波と波の間の節の部分なのです。

だからこのような模様ができるのです。

この模様は人によって違うといいましたが、それは、人によってこの波の間隔が異なるからです。

この波の間隔が狭いと音は高く聞こえ、広いと低く聞こえます。これを波長が短い、長いと言うのでぜひ覚えておいてください。

また、このように声でできる模様をクラドニ図形と言います。

あなたの声の模様はどんな風になりましたか？

色々な人の声を比べてみましょう。

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