子供たちって風船は飛ぶ物だと思っていますよね？
我が家の息子はアニメの世界のように風船で空を飛ぶことに憧れを持っています。
そのため、空気を詰めた風船が飛ばなくてがっかりしていました。
どうしてこの風船は飛ばないのかな？
- 浮力はどんな時に働くの？
- 子供が風船で飛ぶために必要なヘリウムガスの量は？
子供の「なぜ？どうして？」を実験して楽しく「思考力」を伸ばしましょう！
実験大好き！理系ママが解説します。
浮力とは：風船が浮いている理由
浮力とは液体や気体の流れと反対方向に働く力です。
一般的に物体には重力が働くので、地面に落下します。
ところが、周りの流体よりも密度が軽いものに対しては、上に押し上げる力（浮力）が働くので物体が落下しません。
- 重力＜浮力：物体はどんどん上昇していく
- 重力＝浮力：物体は浮いた状態で停止
- 重力＞浮力：物体は落下する
実験：ヘリウムガスで風船を浮かせてみよう
風船を飛ばすためには空気より軽い（密度が小さい）気体を風船に充填させる必要があります。
一般的に販売されている気体はヘリウムガスです。
空気の密度は約1.2kg/m3になります。
それに対して、ヘリウムガスの密度は0.17kg/m3とかなり小さいです。
〈参考 空気の構成〉
| 成分 | 組成比 |
|---|---|
| 二酸化炭素 | 0.03％ |
| 酸素 | 20.95％ |
| 窒素 | 78.08％ |
| アルゴン | 0.93％ |
【材料】
- アルミ風船
- ヘリウムガス（9.5L)
【方法】
- 風船に紐をつける
- ヘリウムガスを充填する
- 手を離す
うわぁー浮いたよー！！
ヘリウムガスは用途によって様々な種類があります。
間違えないように気をつけてくださいね。
私はドンキホーテで「ヘリカンくん」というヘリウムガス缶を購入しました。
15kgの子供が飛ぶために必要なヘリウムガスの量は？
先に結論を言うと、15kgの子供を持ち上げるためにはアルミ風船が1627個以上必要です。
＊風船の重量は考慮していません。
〈計算方法〉
①空気とヘリウムガスの密度の差から浮力を計算する
1.2-0.17＝1.03kg/m3
ヘリウム1m3あたり1.03kgの物体を持ち上げられるという意味です。
② 15kgを持ち上げるために必要なガスの量を求める
15 kg×1.03 kg/m3=15.45m3
③ 必要必要なヘリウムガス缶の本数を計算する。
1m3=1000Lなので、15kgを持ち上げるために必要なヘリウムガスは15,450L。
ヘリカンくんは9.5L入りなので、15,450÷9.5＝1,627本です。
風船1個にたいしてヘリカンくん1本使ったので、アルミ風船も1,627個必要。
しかも、アルミ風船の重さを考慮すると風船の数はさらに増えるので、金銭的にも不可能ということがわかりました。
おうち実験のメリットとデメリット
おうちで実験をする最大のメリットは、視覚的に覚えられるので座学よりも知識の定着が深いことです。
とくに、幼児期は学習土台を作るのに絶好のタイミングです。
今は完全に理解出来なくても、就学後の学習時に点と点が結びつき芽を出します。
社会的成功者は非認知能力が高い
東京大学大学院経済学研究科の山口慎太郎教授が「社会的に成功している方は非認知能力」が高いという研究結果を発表しています。
そして、非認知能力を高めるには様々な体験をさせることが大切と述べています。
子供の好奇心を伸ばし、科学に興味を持ってもらうためには座学より実験という「体験」が向いています。
おうち実験のデメリット
おうち実験のデメリットは幼児と一緒に実験するためには適齢・安全などの考慮が大変であること。
そして、実験材料が毎回余ってしまうのがもったいないと感じています。
適齢に合わせて気軽に実験をするなら、キットになっている実験のサブスクリプションGroovy Lab in a Box（グルービーラボ）がおすすめです。
- 追加の材料費を購入する必要なし
- 一つのキットで複数の実験が可能
- 科学に興味を持つ
グルービーラボはSTEAM教育の本場アメリカから日本に上陸した教材です。
STEAM教育とは？
科学、技術、工学、創造性、数学の5つの領域を分野横断して学ぶ教育のことです。
- S（科学）：Science
- T（技術）：Technology
- E（工学）：Engineering
- A（芸術・創造性）：Arts
- M（数学）：Mathematics
STEAM教育によって理系や文系などの領域に囚われない幅広く活躍できる人材となります。
現在、アメリカにおいて高所得者の多くがSTEAM分野出身と言われており、優秀な人材を育成する教育であることがうかがえます。
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