空気について調べちゃおう

空気について調べちゃおう

空気は、目に見えないので、身の回りにあることに気づかないかもしれないね。でも、空気があるおかげで、わたしたちは生きていける。空気とはどんなもので、どのような性質があるのだろうか。空気について調べちゃおう。

生き物の生命を支える空気

わたしたちは、つねに、息を吸ったりはいたりしている。これを呼吸という。もし、地球に空気がなかったら、呼吸ができなくて、わたしたちは生きていけない。空気は、わたしたちが生きていくために必要なんだ。

「空気」は、何種類かの気体が混ざってできている。約78%がちっ素、約21%が酸素で、そのほかに二酸化炭素やアルゴンなどがふくまれている。

空気のうちわけ

わたしたちは、呼吸をして、体の中で酸素を吸収し、二酸化炭素をはき出している。酸素は、ものを考えたり、体を動かすためのエネルギーをつくるためのに使われているよ。

見えない空気にも重さがある

空気は、目に見えないし、さわった感じもないけれど、重さがある。通常の温度や湿度では、空気は、1リットルで約1.2gの重さだ。でも、空気は、温度によって、重さが変わる。同じ体積なら温かい空気は軽く、冷たい空気は重い。この性質を利用しているのが熱気球だ。熱気球は、気球の中の空気をバーナーで熱し、周りの空気より軽くして空を飛ぶよ。

熱気球
気球の中の空気をバーナーであたためている。
提供:AirB 熱気球運営機構
熱気球
空にうかぶ熱気球。気球内の空気があたためられてふくらみ、周りの空気より軽くなるのでうかぶ。
提供:AirB 熱気球運営機構

気圧は空気がおす力

空気がものをおさえつける力を気圧という。気圧は、地球の表面にはたらいている。わたしたちも、空気によっておされているんだ。でも、ふだんは、空気におされていると感じることはないよね。これは、体の中からも、外側におす力がはたらき、ちょうどつり合っているからだ。

地上でかかる気圧は、1平方センチメートルあたり約1kgで、これを1気圧という。気圧は場所によってちがい、高い所に行くほど小さくなる。例えば、高い山の上では、持っていたお菓子のふくろがふくらむことがある。地上では、ふくろの周りの空気がふくろをおす力と、ふくろの中の空気が外側におす力とのつり合いがとれている。ところが、高い山の上では、ふくろの周りの空気がふくろをおす力のほうが小さくなるので、ふくろがふくらむよ。

山のふもと
気圧のちがいによる、お菓子の変化。山のふもと(低い土地)では、普通。
山頂
山頂に持っていったお菓子袋。気圧が小さくなったので、ぱんぱんにふくれている。

出典:北海道大学科学技術コミュニケーター養成ユニット修了生 大鐘卓哉

天気予報で使われる「気圧」

天気予報でも気圧ということばを聞くことがあるね。地球をおおう空気は、場所によって気圧がちがう。気圧が高い所は、高気圧とよばれ、晴れることが多い。また、気圧が低い所は、低気圧とよばれ、くもりや雨になることが多いよ。

空気は縮み、縮むと、もとにもどろうとする

ゴムのボールをおすと、へこむね。このように、とじこめた空気は、おすと縮む性質がある。スキューバダイビングなどに使わるタンクには、この性質を利用して、縮められた空気が、たくさん入っている。

空気を縮めると、もとの体積にもどろうとしておし返す力が生まれる。ゴムボールがはずむのは、このためだ。ゴムボールを落とし、地面などに当たると、ボールの中の空気が縮められる。そのとき、空気が、もとの体積にもどろうとしてはずむよ。

縮められると熱を出す

空気には、急におし縮めると温度が上がるという性質もある。例えば、空気入れを使って自転車のタイヤに空気を入れると、空気入れのつつが熱くなることがある。これは、空気入れの中の空気を急におし縮めたからだ。

空気のいろいろな性質は、わたしたちのくらしにも、さまざまに利用されているんだね。

空気の性質を利用して自由研究をしよう

段ボール箱で空気ほうを作ろう

段ボール箱に穴を開けて、側面をたたくと、空気が勢いよく飛び出す。空のペットボトルを的にして、飛び出した空気の力を感じよう。穴の大きさや形、段ボール箱の大きさがちがう空気ほうも作って、飛び出す空気の力にちがいがあるか調べてみよう。

準備するもの

段ボール箱、ねん着テープ、段ボールカッター(または、はさみ)、コンパス、空のペットボトル数本(500ミリリットルのもの)

作り方

  1. 段ボール箱を組み立てて、空気がもれないように、しっかりとねん着テープをはる。
  2. 段ボール箱の一つの面に、コンパスで10〜15cmの円をかく。
  3. 円にそって、段ボールカッターなどで穴を開ける。(けがをしないように注意)
  4. 穴を開けた面を正面に向けて、段ボール箱の側面を両手でたたくと、空気が飛んでいく。空のペットボトルを的にしてうってみる。

穴の大きさや、段ボール箱の大きさがちがうさまざまな空気ほうを作ってみて、たおれる本数にちがいがあるか比べてみよう。

※線こうのけむりを段ボール箱にためてたたくと、空気が飛び出す様子が見える。(線こうを使うときは、必ず大人といっしょにやろう。)

空気の力で進む風船ホバークラフト

ホバークラフトは、船体と水面(地面)の間に空気をふきつけてうかび、プロペラで風を送って反対の方向に進む乗り物だ。風船とペットボトルを使って、ホバークラフトを作ってみよう。

準備するもの

ゴム風船、ペットボトル(500ミリリットル)、ビニールテープ、千枚通し(またはきり)、はさみ、カッター、CD、カップめんの容器

作り方

ペットボトル
  1. ペットボトルの上の部分と下の部分をカッターとはさみで切る。真ん中は使わない。(けがをしないように注意)
  2. 下の部分の底に、千枚通し(またはきり)で穴を5、6個開ける。(けがをしないように注意)
切り取ったペットボトル
  1. 切り取った上の部分と下の部分を、ビニールテープでしっかりくっつける。
  1. ペットボトルのキャップの中心に千枚通し(またはきり)で穴を開ける。(けがをしないように注意)キャップにゴム風船をかぶせる。
  2. キャップごとくわえて、風船をふくらませる。空気がにげないように、風船をねじって、キャップをペットボトルにかぶせる。
  3. 風船のねじれをほどくと、ペットボトルの下から空気が出てうかぶ、指ではじいて前に進ませる。

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