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気象実験(#M0)
   
実験の様子を写真で紹介します。

実験項目および内容は、随時追加、修正、改良しています。
Originated 2007-07/08   Last Updated 2007-07/08, 2009-05/23, 6/29

★ タッチダウンする竜巻を作ろう、　後援：川崎市教育委員会
EXPMM0   ワイングラスで表面張力を楽しむ （ワイングラス、プラスチックカード、ハンカチ或いはガーゼ、水）
EXPMM1   連成振子 （細い棒、ゼムピン）
EXPMM2   タッチダウン （ペットボトル、プラスチックの平板）
EXPMM3   気圧のバランス （ペットボトル、蓋、ビニールチューブ、水）
EXPMM4   アニメーションでみる雲の動き （ＰＣアニメーション）
EXPMM5   雨粒を作る （ペットボトル、ビニールチューブ、湯呑茶碗、容器２個、湯、冷水）
EXPMM6   着氷現象　（冷凍庫、飛行機の模型）
EXPMM7   低温実験室を作る　（ペットボトル、試験管、氷、塩）
EXPMM8   天井の結露（温湯＋コップ＋プラスチックの平板）、平板表面下の露の観察、露点



#M00  実験M0
　　　ワイングラスに水を入れ、さかさまにしても、水はこぼれません。
      表面張力と気圧の関係の不思議さを楽しみましょう。
　　　
#M01  実験タイトル＝ワイングラスで表面張力を楽しむ

#M02  実験の狙い＝表面張力が意外なところに効いていることを知る。


�@表面張力の実験です
　
カードの場合
中にビー玉の様な重たいもの
を入れても水はこぼれない

�Aハンカチの場合
凹面状になっている

若干水がこぼれる
ことがあります。

      �Bハンカチの場合
向こうの花が写っている


#M03  実験装置の製作 and/or 準備
      ・ワイングラス、プラスチックカード、ハンカチ或いはガーゼ、水

#M04  実験の実行と結果
　　　・水を入れたワイングラスを硬い紙やカードなどで蓋をして
　　　　さかさまにします。水はこぼれるでしょうか。たいていの場合こぼれません。
　　　・水の中に、おもちゃを入れても、水はこぼれません。

      ・カードの代わりにガーゼやハンカチでも試してみよう。
　　　・ハンカチの表面がワイングラス内部へ吸いこまれ、凹面状になります。

#M05  実験を効果的に行うための工夫、注意点等
      ・水がこぼれることがあるので、教室内で実施するときには、
　　　　下に大きなタライ等を置いて行うと安全です。

#M06  実験の解説 and/or 関連実験
      ・表面張力とワイングラス内部の水の重量及び、空気の圧力の力のつり合い関係の実験です。
　　　・ハンカチの場合、繊維と繊維の間の狭い空間で張力が生じている。
　　　・雨粒の形　も、参考にしてみよう。

#M07 【追加実験、考察等】
　　　・ワイングラス＋ティッシューペーパー及び、ワイングラス＋タオル、でも（グラスをひっくり返す時、
　　　　若干の水が漏れ出ることもありますが）、写真のように水がこぼれ無いまま保持できます
　　　　なお、写真右では、魚釣り用の「浮き」を中にいれています。
　　　　　

　　　・ワイングラスに水を入れずに、ワイングラス＋カード、で水の表面張力の力を確認します。
　　　　グラスの縁には、少しだけ水を付着しておきます。

　　　　写真左：カードが表面張力だけの力で、グラスにくっついている状態です。
　　　　　　　　このとき、カードに小穴をあけておくと、カードの上面・下面には同じ大きさの圧力がかかります。
　　　　写真右：穴の開いていない漬物等のごく軽い容器やふたも同様にくっつきます。
　　　　　　　　なお、このとき、グラス全体を手の平で温めると、やがて蓋は落下します。
　　　　　

　　　・この表面張力とは直接関連しませんが、同じ実験を器材をつかうので、
　　　　実験４３ ワイングラスで音楽をも引き続き行ってみましょう。
　　　　同じワイングラス、水を使うことが出来、便利です。

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#M10  実験M1
　　　ほとんど目に見えないようなわずかな手の運動が物体を動かす実験です。
　　　しかも、物体の大きさに応じて、力を加える周期を変えると、
　　　さまざまなサイズのものだけを動かすことができます。
　　　物理学や力学の世界では、連成振子、固有振動数等と言った用語が使われて
　　　説明される現象です。
　　　
#M11  実験タイトル＝連成振子 

#M12  実験の狙い＝連成振子を使って「共振」という現象を簡単に起こし、体験する

連成振子の実験です
長さの異なる鎖を吊るします。　


#M13  実験装置の製作 and/or 準備
      ・細い棒、ゼムピン
　　　・細い棒に、ゼムピンの鎖を２連吊るします。
　　　　一つは、１０個、もうひとつは７個の鎖とし、互いに離して吊るします。
　　　・棒の一方を台に固定し、多端を手に持ちます。
　　　　（自分一人の両手で棒を水平に持ってもＯＫです）

#M14  実験の実行と結果
　　　・全体を少し揺らす。
　　　・一方の動きが大きくなるように、手を少し動かします。
　　　・これを繰り返すうちに、その鎖の振幅が増大します。
　　　・このとき、他の鎖は、ほとんど静止しているか、若干の揺れ運動をしています。
　　　・次に、引き続き、揺れが小さいほうの振幅を増大させてやると、先ほど大きく
　　　　揺れていた鎖は、振幅が弱まってきます。

#M15  実験を効果的に行うための工夫、注意点等
      ・棒の代わりに糸でもＯＫです。鎖の代わりにおもりを糸で吊るしてもＯＫです。
　　　・子供達と行うときは、子供２人に前へ出てきてもらって、棒の片方ずつを持ってもらいます。
　　　・鎖のどちらかを最大振幅になるように「息を合わせ」ます。
　　　・「息を合わせない」時には、最大振幅になりにくいことも体験してもらいましょう。

#M16  実験の解説 and/or 関連実験
      ・周期的な外力の大きさと、物体の持つ固有振動が共振を起こす現象です。連成振子と呼ばれます。
　　　・運動している物体は、空気の抵抗を受けて振幅が次第に減衰していきます。しかし、周期的な外力を加えると
　　　　この外力がたとえ小さくても、やがて物体の運動の振幅を増大させる主な要因となるのです。
　　　　この外力の周期が、物体の固有振動数に等しくなった時、最大の振幅になります。
　　　・イルカの玉突き も同じ周期的な外力による共振実験です。

#M17 【追加実験、考察等】
　　　・子供がブランコに乗っているとき、背中を後押ししてやると、大きく揺れるようになります。
　　　・背中を後押しせず、子供がひとりで、ブランコを漕ぐときにも、揺れ幅が大きくなります。
　　　　この場合は、パラメーター励振と呼ばれます。体の屈伸の回数を、ブランコの固有振動数の
　　　　２倍にするとき、最大振幅となります。
　　　　このパラメーター励振は、物体の長さが周期的に変化することにより、振幅が増大します。
　　　・共振や共鳴の問題は、楽器や電磁気等の世界においても、探せばいくらでも出てきます。
　　　・気象や建築の分野では、米国「タコマ橋」の崩落が有名な事例です。

　　　・「振動」に関しては、物理学や力学の本などをひらくと、単振動、減衰振動、強制振動、
　　　　自励振動、パラメーター励振があることが分かります。
　　　・「物理学�T」（大槻）P.122によれば、強制振動における振幅は、
　　　　Ａ（Ω）＝（B/m）/sqrt((ω2-Ω2)2+(γ/m)2Ω2)と記載あります（表記を少し変えています）。
　　　　　　　　　　A=物体が外力を与えられたとき、生じた振幅、B=外力の最大の大きさ、m=物体の質量、
　　　　　　　　　　Ω=外力の振動数、ω=物体の固有振動数、γ=抵抗力（マサツや粘性等）です。
　　　　この式を解釈すると、Ωがωに近づいていくとき、振幅Ａが次第に大きくなる。
　　　　又、物体を水中や、油などの抵抗が大きい空間で振動させるときには、抵抗γが大きくなるにつれ、
　　　　獲得できる振幅Ａは小さく（減衰）なって行くことが分かります。この性質は、玄関や部屋の扉が、
　　　　一気にバタンと閉まってしまわない装置に応用されています。　

　　　・なお、この世の中、自然界の現象というものは、必ずしも共振・共鳴するものばかり、とはいかないようです。
　　　　カオス的振動もあります。詳細は、筆者の程度を超えるので省略しますが、たとえば、ダフィン方程式系に見られます。
　　　　参考→JAVA による　自然現象（物理、力学、電磁気学、流体力学など）の図形表現
　　　　　　　JAVA による　カオス、フラクタル、自然現象

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#M20  実験M2
　　　竜巻のタッチダウンの様子を、水の渦で、見てみましょう。
　　　排水のための穴に水が渦巻きながら吸い込まれていく様子にも似ています。
　　　洗面所や浴槽で水を流す時に見られます。　　　
      この実験＃Ｍ２をベースとした実験：★ タッチダウンする竜巻を作ろう、　後援：川崎市教育委員会、も参照してください。

#M21  実験タイトル＝タッチダウン

#M22  実験の狙い＝竜巻のタッチダウンをたのしむ。
　　　　　



�@タッチダウンの実験です
ペットボトルの構造、底部に平板、小穴あり

�Aタッチダウン
小さい泡が下がり、次に渦が垂れ下がってくる

�Bタッチダウン
渦が底部の小穴に届く



以下は、別の形状のボトル（500CC）を使用した。ただし、平板は用いず、ボトルの底部に小穴をあけた。
工作は、ボトルの底部に小穴をあけただけです。

�Cタッチダウンの実験です
垂れ下がり

�Dタッチダウン
小さい泡と渦の垂れ下がり

�Eタッチダウン
渦が底部の小穴に届く



以下は、アクリルのコップを使用した。コップの底部に小穴をあけた。
小穴にビニールチューブを差し込んで、吸入部分の高さを変えられるようにした。

�Fタッチダウンの実験です
構造

�Gタッチダウン
渦の垂れ下がり

�Hタッチダウン
渦がチューブの小穴に届く



以下は、1.5Lのペットボトルを胴体の部分で二分し、蓋に子穴をあけ、蓋の部分には５円玉を挟んで、
全体を構成したものです。二分した両方の部分を、水受け部分、および渦形成部分として使っています。

�Iタッチダウンの実験です
構造

�Jタッチダウン
渦の垂れ下がり

�Kタッチダウン
渦が蓋の小穴に届く




#M23  実験装置の製作 and/or 準備
      ・円筒形のペットボトル、プラスチックカード
　　　　→→四角いペットボトルでも回転力が強ければ、タッチダウンする竜巻ができます。→＃Ｍ２７
　　　・ペットボトルの底部を切り離し、プラスチックカード或いは、
　　　　コンビニ弁当の蓋などの平板を、ペットボトルに接着剤で貼り付けます。
      ・ペットボトルの底は、平板となります。
　　　・平板の中央部に直径5mm前後の小穴を開けます。
　　　・接着が完全になったら、水漏れがないかどうかチェックします。

#M24  実験の実行と結果
      ・ペットボトルに水をいれ、ボトル全体を回転し、ボトル内部の水に
　　　　回転力を与えます。
　　　・水が小穴から流下し、やがて、渦が小穴めがけて、垂れさがっていきます。
　　　・渦が、小穴にタッチダウンします。
　　　・実験11の竜巻の作り方とは異なっています。実験11の竜巻は、ボトル下部から
　　　　空気が上昇していき竜巻の形となりました。この実験M2の竜巻では、渦は、水面から
　　　　垂れ下がっていくのが特徴です。器具の構造としては、ボトルが、密閉空間であるか、
　　　　解放端を有しているかの違いがあります。

#M25  実験を効果的に行うための工夫、注意点等
　　　・平板を使うのは、タッチダウンを見やすくするためです。
      ・ボトルは、ボトル全体を回転し、上から下まで、水全体が回転することが大事です。
　　　・小穴の直径は、試行錯誤で決めてください。
　　　　500CCのボトル+直径5mm程度の小穴でタッチダウンが実現しました。

#M26  実験の解説 and/or 関連実験
      ・解放端を設けない場合は、渦巻の形成がほとんどありません。
　　　・解放端があると、空気は排水口から（泡となって）登ってくることはありません。
　　　　穴の直径が小さい場合は、水がガシャガシャ流下することもありません。

#M27 【追加実験、考察等】
　　　・平板を設けなくても、タッチダウンは可能です。
　　　（写真、�C、�D、�E。写真�F、�G、�H、および写真�I、�J、�K）

　　　・排水口にパイプを連結したり、水中に浸けても渦が形成されます。
　　　・洗面器の底面、中心部に直径２ｃｍ程の穴をあけて、水を回転すると、やはり渦ができます。
　　　・渦の回転中心が穴の中心から外れると、渦の発達が止まります。
　　　　渦の回転中心が穴の中心と一致すると、弱っていた渦が再び勢いを取り戻します。　　　　

　　　・四角いペットボトルでも、回転力が強ければ、タッチダウンする竜巻ができます。
　　　　

　　　・別の種類の渦巻の作り方：
　　　　実験１１ 竜巻２重連。

　　　・関連実験：
　　　　EXPM01  台風の海水面の吸上げ効果実験
　　　　EXPM64  渦の下の圧力　（回転流体下の静水圧実験）　　　
　　　　EXPMA9  スピンダウン
　　　　EXPMM3  気圧のバランス

　　　・タッチダウンのVideo:
　　       タッチダウン
　　　　　 タッチダウン

　　　・TornadoVideos.net、You Tube より引用：
        Kansas on June.12,2004    Manitoba on June 22, 2007
　　　　　

　　　・海外の気象関連実験：
　　　・米国の気象実験（トルネード等）
　　　・米国の子供向けの気象実験
　　　・米国の子供向けの気象実験
　　　・米国のトルネード実験と竜巻のときの注意
　　　・米国の子供向けの気象実験
　　　・米国、物理・天文などの実験、子供向け。実演。
　　　・米国、物理、Home Experiments
　　　・Home Experiments

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#M30  実験M3
　　　ペットボトルを使って、空気と水の２者の力関係、協業関係を実感できます。
　　　
　　　例えば、竜巻を２つのペットボトル内部に作る実験を行うとき、ちょっとした仕掛けとして、
　　　一方のボトルの胴体に穴をあけ、その先にビニールチューブを差し込んでおき、ボトル外部と
　　　ボトル内部を空気が通じるようにしておきます。
　　　このビニールチューブ内部の水の位置の変化を観察することにより、ペットボトル内部の
　　　空気と水の２者の力関係、協業関係を実視・実感できるでしょう。
　　　
#M31  実験タイトル＝気圧のバランス（空気と水の協業関係）

#M32  実験の狙い＝楽しみながら、空気と水の力のバランスを考える実験。
�@左：先ず、下の写真�Dの状態を上下逆転する。上のボトルの水が数cm程度下のボトルに落ちるが、
　　　やがて全体がほとんど静止する。又は、泡がゆっくり間欠的に立ち上る。
　　　下のボトル内の空気圧は外気圧に等しい。　

�A中：上のボトルで渦巻を作ると、水が流下する。

�B右：下のボトルでは、やがて水位がチューブ位置よりも高くなったが、水はこぼれ出ない。

      　　
�C左：ボトルを上下逆転し、上のボトルで渦巻を作る。このとき、水位はチューブ位置より高いが、水はこぼれ出ない。

�D右：やがて、すべての水が下のボトルに移り、上のボトル内の空気圧は、外気と等しくなる。
　　　この状態で、ボトルを上下逆転すると、上の�@左の写真の状態となる。

      　


#M33  実験装置の製作 and/or 準備
      ・ペットボトル２本、蓋２個、ビニールチューブ、水
　　　・ペットボトルの蓋を２個連結し、接着剤で固定します。
　　　　写真には２組写しています。
　　　　
　　　・連結後、小穴を開けます。直径8mm程度。
　　　・一方のペットボトルの胴体上部に小穴を開け、ビニールチューブを差し込みます。
　　　　ボトルの内外の空気の圧力を、ある時点において、同じにすることができます。

#M34  実験の実行と結果
　　　・ボトルの一方に水を入れ、上側にして、回転させます。
　　　・竜巻となって、下のボトルへ流下します。
　　　・流下中、ビニールチューブから水が流出しないことを確認してください。
　　　　（若干こぼれることもあります。）

#M35  実験を効果的に行うための工夫、注意点等
      ・この実験に先行して、チューブのついた方のボトルに水を入れ、
　　　　穴の開いていない蓋をして、全体をさかさまにします。
　　　・このとき水がこぼれないでしょう。気圧がいかにバランスするかを確認してください。

#M36  実験の解説 and/or 関連実験
      ・ボトル内部の空気の圧力、水の力が、チューブを介したボトル外の空気の圧力
　　　　に等しくなるよう、これら３種類の力のバランスが成立し、チューブから水が漏れません。

　　　・力がバランスしていることを、実感する方法として、上のペットボトル、　　
　　　　又は、下のペットボトルの胴体を指で挟んで軽く押してみます。
　　　　すると、チューブの途中まであった水が、押し出されそうになることで、分かります。

#M37 【追加実験、考察等】
　　　・これまでに行った圧力や竜巻に関する実験も参考にしてください。
　　　　さかさまのビン　
　　　　竜巻２重連
　　　　タッチダウン

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#M40  実験Ｍ４
      気象の現象には「動く物」が多い。例えば、雲の動きである。雲の動きを見て、天気を予想できることもある。
　　　雲の写真を撮影することは多いが、みんな「静止画像」である。動きを、再現するには、時間間隔をおいて撮影し、
　　　アニメにして見るとよい。これまでに発表してきたものを数例ここに引用し、掲載します。

#M41  実験タイトル＝アニメーションでみる雲の動き

#M42  実験の狙い＝現象の動きをアニメで見る
      　　

#M43  実験装置の製作 and/or 準備
      ・カメラ、しっかりした三脚、レリーズ。

#M44  実験の実行と結果
      ・いずれも、自宅で撮影したものです。
　　　・いつも目に入っているものですが、少しの時間辛抱して同一方向をみていると、
　　　　�@流れとしての変化と、�Aその場所における形状の変化、
　　　　の２種類の変化があることに気づきます。


■見どころ　→　�@流れとしての変化：
　　　　　　　　　雲の団塊が流れてくる様子。
                 （300x230pix,47pic,JPG 6KB/pic.Total size≒250KB)



■見どころ　→　�A同一場所における形の変化：
　　　　　　　　　同じ場所で、雲が発生し、消える様子。
                 （300x230pix,64pic,JPG 6KB/pic.Total size≒360KB)




■見どころ　→　�A同一場所における形の変化：
　　　　　　　　６０Ｋｍ遠方の房総半島に発生した積乱雲の動きの変化
　　　　　　　　積乱雲の上昇の写真をここに準備中。
　　　　　　　　個々の写真は、１分ごとに撮影し、４５分間連続撮影したものです。




#M45  実験を効果的に行うための工夫、注意点等
      ・現象の発現＆変化速度を分かるようにしたいが、ここに掲載した最初の２種のものものは、
　　　　その点の情報が不足しました。

#M46  実験の解説 and/or 関連実験
      ・静止しているものを若干位置を変えてほぼ同時に撮影し、両者を交互に見ると立体的に見える。
　　　・動いているものを、撮影位置を固定して、連続撮影し、連続的に再生すると、動きや変化の
　　　　様子が分かる。又、なんとなく立体的に見える気がします。

#M47 【追加実験、考察等】
      ・雲のアニメは、こちらです。

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#M50  実験Ｍ５
　　　水蒸気が、壁面やガラス面に接触し、水滴となって付着する様子は日常よく見かけます。
　　　では、その水滴を、自分が意図した場所に作るには、どのようにすればよいでしょうか。
      この実験では、雨を降らせるところまではできませんが、雨粒を一滴、一滴、時間間隔を
　　　おいて作ることができます。
　　　風呂場の天井から、冷たい水滴が落ちてくるのと同じ原理を使います。

#M51  実験タイトル＝雨粒を作る

#M52  実験の狙い＝雨粒を意図的に作る
　　　左：装置全景、真上から見下ろしたとき、
　　　中：装置全景、斜め上から見たとき、
　　　右：チューブ下端に水滴が形成されつつある
      　　

#M53  実験装置の製作 and/or 準備
      ・ペットボトル、ビニールチューブ、湯呑茶碗、容器２個、湯、冷水。

#M54  実験の実行と結果
      ・茶碗に湯を入れ、これをペットボトルの底に置く。
　　　・ビニールチューブを小さく一回巻いてボトル上部から垂らす。
　　　・このとき、チューブ両端をボトルの外部に出し、チューブに冷水を通す。
　　　・系が自然に定常状態になるのに１０数分かかる。
　　　　（チューブ表面を予め温度低下し、チューブ表面を多少ぬらせておけば、
　　　　　定常状態に至る時間を短縮できる、と考えられます。）

　　　・やがて、ボトル内のチューブ最下端の表面に雨粒が出来、成長し、やがて落下する。
　　　・そして、また次の雨粒が出来始める。
　　　・粒ができるまでの時間は、２０秒〜９０秒です。

#M55  実験を効果的に行うための工夫、注意点等
　　　・凝結促進のために、湯をつかって水蒸気の蒸発を促す。
      ・水蒸気を何の上に凝結させるか、いろいろあります。
　　　　缶、釘、ゼムピン、鳥の羽、糸、、、、
　　　・今回は、ビニールチューブ表面上とした。
　　　・このチューブの温度をできるだけ低くする必要がある。
　　　・このため、チューブに冷水を継続的に通すため、サイフォンの原理を使った。
　　　　参照→実験#90の サイフォンを始動する の#907の箇所　

#M56  実験の解説 and/or 関連実験
      ・原理は単純です。
　　　・どのように見せるか、いろいろ考えられます。
　　　・蒸発し、上昇した水蒸気が、冷たい物体にあたって、そこで、露点に達し、凝結しました。
　　　・こちらの実験も見てください→実験＃４７、グラスの結露

#M57 【追加実験、考察等】
　　　・装置を改良しました。
　　　左：装置全景、のぞき窓をもうけた、
　　　中：装置全景、
　　　右：チューブ下端に水滴が形成されつつある
      　　
　
      ・雨粒の形を検討する実験は、こちらです。

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#M60  実験Ｍ６
　　　氷は、家庭でも、或いは冬季の戸外でも容易に見ることができるものですが、
　　　水蒸気や水滴が、冷たい壁面や柱、樹木などに接触し、その表面に氷を形成することがあり、
　　　このため航空機や船舶の運行中に、重大な事故が発生し、貴重な人命が失われることがありました。
　　　この実験では、模型の飛行機に着氷させてみます。

#M61  実験タイトル＝着氷現象

#M62  実験の狙い＝氷が物体表面に形成されることを確認する
　　　左：飛行機模型　　　
　　　中：飛行機模型を冷凍庫に入れる
　　　右：放置後、取り出してみた。着氷わずか、しかし着氷の写真とれず。
      　　

#M63  実験装置の製作 and/or 準備
      ・冷凍庫、ビールや缶詰の空き缶。
　　　・空き缶を飛行機の形に「切り抜き」、飛行機の模型を作ります。

#M64  実験の実行と結果
      ・出来上がった模型の飛行機を冷凍庫（温度＝−２０℃、湿度＝３５％）の中に入れ、放置します。
　　　・冷凍庫から取り出してみたところ、模型の飛行機の一部にごくわずかでしたが、
　　　　主翼にわずかながら「氷らしきもの」が見られました。しかし１〜２秒後に消えてしまいました。

#M65  実験を効果的に行うための工夫、注意点等
　　　・冷凍庫の中で、氷が形成される過程が見えない欠点がある。
　　　・冷凍庫内部の湿度が低い場合は、着氷の出来が良くありません。
　　　・そこで、思い切って「ドライアイス」を使って、機体を冷却し、空気中の水蒸気を
　　　　凝結することを考えました。下記＃Ｍ６７の追加実験を見てください。

#M66  実験の解説 and/or 関連実験
      ・氷点下の空気層の中で、水蒸気が昇華し、或いは浮遊する水滴が氷となって
　　　　物体表面に形成されます。
　　　・この実験で、模型飛行機の機体にできた氷は、空気中の水蒸気が昇華してできた「霜」と考えられる。
　　　・過冷却水に起因する着氷実験は、別の実験となる。
　　　　実験＃４５、凍らない水を作る　で過冷却水を作っていますので、
　　　　この＃Ｍ６実験と組み合わせるとよいと考えられます。

#M67 【追加実験、考察等】
　　　・ドライアイスの温度は−７０℃程度まで下がるはずですが、
　　　　ビニール袋に入れた状態で、袋の下面にセンサーをおいた状態では−３４．６℃程度となりました（写真）。
　　　　

　　　　左：ドライアイスを袋に入れた状態での実験開始時点、装置全景と飛行機模型
　　　　　（袋入りドライアイス、機首部分、デジタル温度計のセンサー部分が写っている。）
　　　　中：約１０分程で、機首部分の着氷が明瞭になってきた
　　　　右：約３０分程で、着氷状況がさらに明瞭になると期待したが、全体の温度上昇のためか、
　　　　　　氷の発達はみられなかった。
      　　

　　　・ビニール袋からドライアイスを取り出し、機体の上に直接置いた状態での機体表面温度は−４６．６℃（写真）を示しました。
　　　　温度は、非常に低いです。然しながら、氷の形成は芳しくありません。
　　　　
　　　・水蒸気或いは微小な水滴を適切に供給すれば、氷が発達すると考えられます。すぐ思い出されるのが蔵王の
　　　　「樹氷」ですが、気象の事典には、「０℃以下に過冷却した霧や雲の微細な水滴が立木や建物に次々に付着して
　　　　瞬間的に凍り、無数の細かな氷粒の集まりとなった、白色不透明のもろい氷」と、記載あります。
　　　　
　　　・Wikipediaの「着氷」説明、簡潔な記載と参考情報あり。

　　　　
　　　・NASAの航空機着氷研究（Tailplane icing problem）、ビデオをつかって説明しています。

　　　・なお、専門家の話によれば、航空機は、主翼を加熱して着氷防止しています。
　　　・また、話題は飛びますが、機体表面の一部は、気流の断熱圧縮により、約３０℃温度上昇するそうです。
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#M70  実験Ｍ７
　　　低温実験室を作ることができれば、低温の空気環境下で、過冷却水を作り、水が氷結する実験を
　　　行うことができるであろう。着氷実験もできるであろう。
　　　そこで、低温の空気をたとえ試験管のような微小な空間においてでも良いから、作り出してみたい。
　　　家庭用冷凍庫では、マイナス２０℃程度までの低温が得られる。しかし、その中での実験は行いにくい。
　　　自分のうちの冷凍食品が詰まっていて、取り出すわけにもいかない。何より目視することができません。
　　　どうしても、机上で、目に見えるところで、低温環境を作り出したいのです。　

#M71  実験タイトル＝低温実験室を作る

#M72  実験の狙い＝低温の空気環境を得る　
      　

#M73  実験装置の製作 and/or 準備
      ・ペットボトル、試験管、氷、塩、棒温度計、デジタル温度計。
　　　・ペットボトルの下半分を切り取り、容器とする。

#M74  実験の実行と結果
　　　・容器に氷と水を入れ、塩を入れかき混ぜる。
      ・試験管にデジタル温度計のセンサー部分をいれ、試験管と一体にして、容器に浸ける。
　　　・試験管内部の空気温度を計測する。

　　　・最初、「氷＋塩＋水」で低温化をもくろんだ。（写真左）
　　　　氷＋塩＋水の温度は、−８℃程度となったが、それ以下にはならず。
　　　　試験管内部の空気温度は、−３℃程度どまりとなった。
　　　・これでは、過冷却水はできない。

　　　・次に、「氷＋塩＋水」で、水の量をできるだけ少なくし、塩を増量し、かきまぜた。（写真右）
　　　　氷＋塩＋水の温度は、−１５℃程度となった。
　　　　試験管内部の空気温度は、−５．９℃まで下がった。
　　　・これなら、過冷却水ができそうだ。
　　　・今回の実験は、ここで、いったん中断し、さらなる低温化を【追加実験】として行うつもりである。

#M75  実験を効果的に行うための工夫、注意点等
　　　・「氷＋塩＋水」において、水の量は少なく、塩の量は多くすると、低温の環境が作り出せそうです。
　　　・氷の凝固点降下は、塩を入れると低下することには間違いないが、系における液体の水の温度を下げる
　　　　ことではない。従って、過剰な液体の水の存在は、低温化を狙う場合には、支障となる、と言う体験的
　　　　理解にいたった。

#M76  実験の解説 and/or 関連実験
      ・氷の凝固点降下の性質を利用して、低温な状態をつくりだす。

●＝以下準備中です。
#M77 【追加実験、考察等】
　　　・更なる低温化を目指し、試験管の低温実験室を作る。
　　　　たぶん、多量の氷、多量の塩、容器も大きいものに変更して実験環境を構築すると、
　　　　さらなる低温状態を作り出せ、時間的にも低温状態を維持させ、外部的温度変化にも余り
　　　　影響されない状態を作り出せる、と考えられる。2009-6/16
        

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#M80  実験Ｍ８
　　　風呂や温泉などで、天井から冷たい水滴が落ちてくることがあります。
　　　天井で水蒸気が結露して、落下したものです。
      微小な水滴が大きな水滴へ成長していくプロセスを観察してみましょう。

#M81  実験タイトル＝天井の結露

#M82  実験の狙い＝天井の結露
�@天井の結露。
水滴がまだ小さい


�A天井の結露。
水滴が大きくなり、周囲の水滴と併合し、不定形になる



#M83  実験装置の製作 and/or 準備
      ・温湯＋コップ（或いはビーカー等の容器）＋プラスチックの平板

#M84  実験の実行と結果
　　　・コップ（ビーカー等）に湯を入れ、プラスチックの平板で蓋をする。
　　　・水滴がプラスチックの平板の下面に形成される。
　　　・水滴は最初は微小であるが、次第に大きくなってくる。
　　　・微小な水滴は、周囲りの水滴と合併し、形状は円形でなく、不定形になり大きくなっていく。
　　　・ある程度大きくなったら、不定形が→丸みを帯びてきて、水滴は自然落下する。

#M85  実験を効果的に行うための工夫、注意点等
　　　・水滴形成促進のため、平板を冷却してみる。
　　　・容器の壁面を断熱材で囲んでやると、幾分かの促進効果がきたいできる。
　　　・湯の温度を低くならないよう加温、或いは湯を継ぎ足すとよい。
　　　　（要するに水蒸気の継続的供給を行うこと、或いは水蒸気が壁面に付着するのを
　　　　　できるだけ少なくすること）

#M86  実験の解説 and/or 関連実験
      ・水蒸気の結露現象です。

#M87 【追加実験、考察等】
　　　・実験＃４７グラスの結露と同類の実験です。
　　　　理論も＃４７６の箇所に掲載しました。

　　　・プラスチックの平板下部に水滴を注射器で付着させ、プラスチック平板の上部から水滴を見ると
　　　　水滴が表面張力により平板に付着している様子が見えます。　このときの付着部分の最大直径は、
　　　　およそ10〜12mmであった。このときの直径のサイズは水の表面張力と水滴の重量の釣り合いに
　　　　より決まると推定される。
　　　　
　　　・水滴は半球状になるが、球の直径はもう少し小さくなります。参照→実験＃51  雨粒の形

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