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一番大切で身近な存在…自由研究で水を徹底調査!

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私たちの身近にあり、生きていく上で欠かせない「水」。しかし、大切であることは分かっていても、その正体に関しては意外と知らないものです。夏休みの自由研究では、そんな水について、徹底的に調べてみてはいかがでしょうか?

【1】どのくらい知っている?水の秘密

まずは水に関する知識をご紹介します。

1.水はいつからあるの?

人類が誕生したのが数400万年前。西暦のもとになったイエス・キリストが誕生したのが約2000年前。では、水が誕生したのはどのくらい前なのでしょうか?

正解は、なんと約40億年前です。水は私たち人類よりもずっと長い歴史を歩んできたことになります。しかし、はじめから地球にあったわけではありません。46億年前、誕生したばかりの地球は岩石だらけで、水のもととなる酸素や水素はその岩の中に閉じ込められていました。地殻の熱が少しずつ岩を溶かし、外に出た酸素と水素が結びついてはじめて水が誕生したのです。

2.水はどこから来るの?どこへ行くの?

蛇口をひねれば簡単に手に入る水。その水はいったいどこから来て、どこへ行くのでしょうか?家庭で使う水は浄水場から配水管を経て私たちの家庭に届き、下水管から浄化センターへと至ります。しかし、この流れも水の循環のほんの一部でしかありません。詳しくご説明しましょう。

<水の循環>

1.上空にたまった水蒸気が雲となり、やがて雨や雪となって地表に降り注ぐ

2.地表に落ちた水は、地表を流れたり地下に染み込んだりしながら、ゆっくりと川に流れていく

3.川の水が湖やダムにたまり、取水設備によって取り入れられ、浄水場に送られる

4.浄水場に送られた水は、場内で浄化・消毒処理がなされ、私たちが安心して利用できる水道水になる

5.水道水は配水池にいったんためられ、使用量に応じて配水管から私たちのもとに届けられる

6.私たちが利用した水道水は、下水管を通って浄化センターに送られる

7.浄化センターで再び綺麗になった水は、川に戻される

8.川に戻された水は海まで流れ、やがて蒸発して水蒸気となり、空に昇る(1.に戻る)

3.一日に使う水の量はどのくらい?

みなさんは一日にどのくらいの水を使っているか、考えたことがあるでしょうか?東京都水道局の調べによると、一人が一日で使う水の量は約240Lです。一般的な缶ジュースの容量が0,25L、大きめの牛乳パックが1Lであることから考えると、相当の量だと分かるはずです。意外な多さに驚いた方もいるのではないでしょうか?もちろん、これだけ大量の水の全てが飲料に用いられるわけではありません。以下に、飲料以外の主な用途をご紹介します。

1.お風呂

家庭で最も水を使うのがお風呂です。浴槽にお湯をためると、一般的に約200L、さらにシャワーは1分間出しっ放しで約12Lの水を消費するといわれています。東京都では、一人が一日に使う水のうち実に40%が、お風呂で使われています。

2.トイレ

トイレで使う水も意外に多いものです。コーナーや便座の後ろにタンクがあるロータンク式の水洗トイレの場合、1回流すごとに消費する水の量は12~20L、最新の節水型トイレの場合でも3~8Lの水となっています。

3.洗濯

現在では節水機能のある洗濯機もよく見かけますが、それでも多量の水を消費します。一般的な全自動洗濯機の場合、1回あたり約110Lの水が使われます。

4.体の中に水はどのくらいあるの?

夏になると心配なのが熱中症。その原因の一つが、体の水分が不足する脱水です。では、人体からどのくらいの水が失われると危険なのでしょうか?そもそも、人体にはどのくらいの水があるのでしょうか?ご説明します。

1.体中の水の量

人間の体は約60%が水でできています。この割合は年齢によって異なり、子どもは約70%、赤ちゃんは約75%、胎児に至っては約90%にも及びます。

2.体からどのくらい水が失われると危険?

自分の体重に対し、約2~4%の水分が失われると、強いのどの渇きや食欲の低下に襲われます。ただ、この程度なら速やかに水分補給することで回復が可能です。問題は、それ以上の水分が失われた時です。脱力感や眠気・頭痛などの症状があらわれ、また口からの水分補給が嘔吐などによって難しくなってしまいます。自力でなんとかしようとせず、病院での点滴などによる水分補給を受けましょう。

【2】楽しい実験がいっぱい!水を使った人気の自由研究

次に、水をテーマとした自由研究をご紹介します。

1.手で持てる?「ぽよぽよ」の水を作ってみよう!

水は、すくいあげても指のすき間からこぼれ落ちてしまうもの。そんな常識をくつがえす、手に持てる「ぽよぽよ」の水を作れるのがこの実験です。お子さまもきっと楽しめるでしょう。

<必要なもの>

・アルギン酸ナトリウム(毒性はなく、薬局で購入可能です)

・乳酸カルシウム(毒性はなく、薬局で購入可能です)

・大きめのボウル(3つ)

・計量カップ

・計量スプーン

・重量ばかり

・ハンドブレンダ―

・水

<作り方>

1.1カップの水と1gのアルギン酸ナトリウムをボウルに入れ、ハンドブレンダ―でよくかき混ぜる(アルギン酸ナトリウムは水に溶けにくいので念入りに)十分に溶けたら、気泡が無くなるまで放置する

2.別のボウルに4カップ分の水をはり、5gの乳酸カルシウムを入れてかき混ぜる(乳酸カルシウムは水に溶けやすいので、かき混ぜる道具はスプーンなどでも十分)

3.1.で作った液体を、2.のボウルに入れる(スプーンやボウルなどですくってから入れると形を整えやすい)

4.3分程度ゆっくりとかき混ぜる(球体に固まってくる)

5.球体をスプーンですくいあげ、水をはった別のボウルに移動させ、完成

<ポイント>

今までにない感触が楽しめます。手順1.の段階で着色料を混ぜると、カラフルな「ぽよぽよ」も作成可能なので、色々試してみましょう。

2.試してみよう!「水の中でシャボン玉」

少し風が吹いたり手で触れたりすると弾けてしまうシャボン玉。そんなシャボン玉を水の中で作れてしまう驚きの実験です。

<用意するもの>

・プラスチックのコップ(2つ)

・ストロー(太めのストローがおすすめ)

・食器用洗剤

・ハサミ

・水彩絵の具

・水

<作り方>

1.約8分目まで水を入れたプラスチックコップに、食器用洗剤を垂らし、泡が立たないようにゆっくりとかき回してシャボン液を作る(洗剤を垂らす量は、濃縮型洗剤の場合は約2滴、非濃縮型洗剤の場合は約10滴)

2.ハサミを用いて、ストローを10cm程度の長さまで切る(曲がるストローの場合は切り落とし、ストローが細めの場合は斜めに切って切り口の太さを確保する)

3.ストローの先端をシャボン液にひたし、もう一方の先を指でふさいで液を少量ストロー内に吸い込む(この時ストローを指でふさいだままシャボン液にひたすとうまく吸い込めないので注意)

4.ストローの先を指でふさいだまま、液にひたした先端を数cmだけ液から出す

5.ストローの先端から指をはなすと、ストロー内の液が液面に落ちて、シャボン液の中にシャボン玉を作られる

<ポイント>

シャボン玉がうまくできない時は、シャボン液を薄めてみたり、シャボン液を落とす高さや角度を変えてみたりするとよいでしょう。水彩絵の具を入れた別のコップを用意し、ストローで吸った液を無色のシャボン液に落とせばカラフルなシャボン玉を作ることもできます。色々試してみましょう。

3.家でもできる?透きとおる綺麗な氷を作ろう!

レストランで出される水に入っている氷は、透きとおっていて綺麗ですね。でも、家で氷を作ると、白い筋ができてしまうもの。それはなぜなのでしょうか?ここでは、その理由とともに、ご家庭で透明な氷を作る方法をご紹介します!

<氷に白い筋の正体>

氷の中心部から外に向かって伸びる白い筋。その正体は、水に混ざった不純物です。水道水に含まれる各種薬品や空気が凍ると、あのような白い筋になってしまうのです。逆にいえば、水道水を沸とうさせて薬品や空気を飛ばすと透明に近い氷を作ることができるともいえます。しかし、それだけではまだ空気が残ってしまい不十分です。

<氷をゆっくりと凍らせよう>

わずかに残った空気を追い出すためには、どうすればよいのでしょうか?答えは、「時間をかけてゆっくりと凍らせる」です。冷凍庫の温度を、調整可能なら上げてしまうのが最も簡単ですが、それができない場合は、以下の2つの方法を試してみてください。

1.割箸や発泡スチロールを使う

製氷器を直接冷凍庫面の上には置かず、製氷器と面の間に割箸や発泡スチロールを敷きます。冷たい床に直接触れないので、通常よりもゆっくりと凍らせることができます。

2.ポリエチレン製のビニール袋を使う

水をポリエチレン製のビニール袋に入れ、その上からタオルを巻いて冷凍する方法です。

この方法でも、水をゆっくり凍らせていくことができます。

<ポイント>

家庭で完全に透明な氷を作るのは難しいものです。それでも工夫次第で透明に近づけることができます。工夫した点は自由研究レポートで発表できるよう、しっかりとまとめておくのも忘れずに。

【3】もっと水のことを知りたい…水を調査してみよう!

最後に、調査を行う研究テーマをご紹介します。

1.町の水は安全?水質調査にチャレンジしよう

専門家ではなくても水質調査を可能にする「パックテスト」というものがあります。パックテストでは、水の汚れを示すさまざまな成分の数値(CODや硝酸性窒素・亜硝酸性窒素など)を測ることができます。近所の川や水道水などを測り、グラフや表にまとめてみましょう。また、同じ川でも測る場所によって数値に差が出ることがあります。色々な場所で調べてみましょう。なお、パックテストのキットは理科教材取扱業者の通信販売などで入手可能です。

2.水を綺麗にするのはムズカシイ?ろ過装置を作ってみよう

私たちが普段、何気なく口に含んでいる水。しかし、飲用できるほどに水を綺麗にするのはとても大変なものなのです。ろ過装置を作ってその大変さを知り、水の大切さを学んでみてはいかがでしょうか?

<用意するもの>

・空のペットボトル(同じ形のもの2本)

・活性炭(ホームセンターなどで入手可能)

・カッター

・輪ゴム

・ガーゼ

・綿

・小石

・砂

<作り方>

1.ろ過装置の受け皿として、ペットボトルの注ぎ口から10cm程度の部分を輪切りにする(切断部で指を切らないよう注意)

2.もう一つのペットボトルの底部分を輪切りにして切り取る(この部分をろ過装置として使用する)

3.2.で作ったペットボトルの注ぎ口にガーゼをかぶせ、輪ゴムで固定する(これでろ過装置の注ぎ口が完成する)

4.注ぎ口を下にして、背面部から綿を詰め込む

5.小石を約3cm、すき間がないように敷き詰め、再び綿を詰め込む

6.5.の上に、約3cmの活性炭・綿、約10cmの砂を順番に詰め込み、完成

<使い方>

出来あがったろ過装置を受け皿に装着し、ろ過装置の底から泥水などを注ぎ込みます。濁った泥水がろ過装置を通過するとどうなるか、しっかり観察しましょう。先に紹介したパックテストを使って、ろ過前後の水を比べてみるのも面白いです。

<ポイント>

ろ過して綺麗になった水にも、ろ過しきれなかった汚れや雑菌が残っているので、口に含まないよう注意してください。

いかがでしたでしょうか?毎日当たり前のように使っていながら、意外と知らない水のこと。水は生命の源ともいえる存在ですから、大切に使っていきたいものです。ご紹介したような自由研究を通じて、お子さまにも楽しみながら水の大切さを感じてもらえるのではないでしょうか。また、そして、結果をまとめる時には便利な「自由研究まとめシート」を活用するのがオススメです。ぜひチャレンジしてみてください!

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