普段はあまり意識しませんが、空気は常に私たちを包み込み、体の隅々まで力を及ぼしているのです。 この力は、気圧として知られ、天気のパターンや飛行機の飛び方、その他さまざまな不思議を説明する、理科の最も重要なトピックの 1 つです。 これから子どもたちに気圧を教えようと思っている方のために、基本的な説明と、この自然現象の力を示す、簡単で楽しく、魅力的な実験をいくつかご紹介します。 海抜高度では、気圧は一般に14.7 psi (pounds per square inch) で、これは14.7ポンドが私たちの体の1平方インチごとに押しつけられていることを意味します。 私たちがまだ自由に体を動かせるのは、空気があらゆる方向に圧力をかけているからであり、私たちが押しつぶされないのは、体の中の気圧が同じだからです。気圧は次の3つの要素によって決まります。

• 温度。 空気は暖かくなると膨張する。 この膨張によって空気の密度が下がり、その結果、圧力が下がる。 一方、空気は寒くなると、収縮します。 この収縮により、空気の密度が高くなり、圧力が高くなる。 一般に、暑い赤道付近は気圧が低く、寒い北極や南極付近は気圧が高いのは、このような現象によるものです。 海抜が高いほど、空気の密度は低くなります。 密度が低い空気は重さが軽いので、気圧が低くなり、高い山の上で息苦しくなるのはそのためです。 内耳には空気が閉じ込められており、外の気圧が下がると、閉じ込められた空気が鼓膜を外側に押し出すのです。 この膨張が「ポーン」という音の原因です。
• 水分。 空気中の水分量も空気の密度に影響し、その結果、気圧も変化します。 水蒸気は、大気を構成する気体（主に酸素と窒素）に比べて軽い気体です。

気圧の違いが動きを生む

気圧の最も興味深い点の1つは、気密性が変わると物が動き出すことです。 この気圧差による動きが、風や竜巻など、さまざまな気象現象を引き起こしているのです。

空気の動きについて議論するとき、科学者は、低い圧力がものを「押す」のではなく、高い圧力がものを「引っ張る」という言葉で話すことを覚えておいてください。 水銀気圧計には水銀で満たされた柱があり、気圧が高いほど水銀の柱も高くなります。 その柱の高さを測定することで、気圧を知ることができます。

最近では、従来のタイプよりも携帯性に優れ、より正確なデジタル気圧計を使用することが一般的です。 この装置は、電気コンデンサーを使って気圧を測定します。

気圧と天気

一般に、気圧の低い地域は天気が悪いとされています。 気圧の低い地域があると、気圧の高い近隣の地域から空気が移動してきます。 この変化により、行き場を失った空気は上方へ移動します。

一方、高気圧の地域は、一般的に好天と関連しています。 高気圧に覆われた地域では、低層の空気が外側に広がり、上空の空気が降りてくるようになります。

気圧と科学実験

ここでは、その効果をよりよく理解するのに役立つ、子供向けの簡単な10の気圧実験を紹介します。

屋内竜巻実験

この実験では、瓶の中に竜巻を作ることができます。 必要なもの：

• 水
• 透明なマヨネーズ瓶
• 液体食器洗剤
• 着色料
• 酢

実験を行うには、以下の手順を実行します：

1. 瓶に水を注ぎ、およそ3分の2の量になるまで水を注ぎます。 次に、食紅を数滴入れます。
2. 食器用洗剤を小さじ1杯、酢を小さじ1杯入れ、瓶の蓋をします。
3. 瓶を振ってから、中の液体が回転し始めます。

すると、竜巻のような小さな渦が観察できます。

こぼれない水の実験

ある状況では、重力よりも空気の圧力が強いことがあります。 この実験では、コップの中の水を逆さにしても、その場にとどめておくことができ、空気圧の強さを実証しています。

• ジュースグラス
• 水
• インデックスカード（4 x 6インチ）

手順は以下の通りです：

1. グラスを上まで水で満たします。
2. 満杯のグラスにインデックスカードをかぶせ、グラスの縁が濡れるように水を流します。
3. シンクや浴槽の上で作業しながら、片手でカードを固定し、グラスをひっくり返します。 その後、注意深くカードを離します。

この実験では、重力がグラスの中の水に及ぼす力よりも、空気圧がインデックスカードに及ぼす力の方がさらに強いことを実証しています。

本を吹く実験

本を吹く実験は、圧縮空気がいかに強力であるかを実証しています。

• 3冊の本
• 気密性の高い大きなビニール袋

この実験を行うには、次の4ステップを踏みます：

1. 3冊の本を互いに重ねます
2. 生徒に本の方向に風を当てて動かすように頼みます。
3. ビニール袋を机の上に置き、その上に3冊の本を乗せます。
4. 勢いよく息を吹きかけると、本がテーブルから浮き上がり始めることを見せます。

缶つぶし実験

この実験は、空気の圧力を使って缶をつぶすものです。 必要なもの：

• 水
• 大きな容器
• アイスキューブ
• 計量カップ
• ソーダの空き缶
• ストーブ
• なべかトング

材料を手にしたら、下記のステップで進めてください。

1. 容器に角氷と水を入れる。 この容器は後で使えるように横に置いておきます。
2. ソーダの空き缶に1/2カップの水を注ぎます。
3. 缶をコンロのバーナーであぶります。
4. 上部の穴から蒸気が出始めたら、中の水が沸騰し始めていることを確認します。 コンロの火を消し、鍋敷きやトングを使って缶をバーナーから外します。
5. 氷水の入った容器に缶を逆さにし、上から乗せて素早く置きます。

この実験では、缶の中の水を加熱すると蒸気が発生し、缶の中の空気を押し出すことができました。 次に、缶を氷水の中に沈めると、蒸気の温度が下がって結露し、再び水となった。

魔法の卵の実験

この実験は、空気圧の力を使って、卵を瓶の首から押し出すものです。

• ゆで卵
• ゆで卵が通れるくらい首の広い瓶
• マッチ

この実験は以下の手順で行います：

1. ゆで卵から殻を取り除いてください。
2. マッチに火をつけて、ボトルの中に放り込みます。
3. 剥いた卵の小さい方を下にして、ボトルの口にセットします。

マッチの炎で瓶の中の空気が消費されると、瓶の中の気圧が瓶の外の気圧より低くなります。

プランジャー実験

昔ながらのきれいなゴムと木の棒でできたプランジャーを2つ用意するだけで、簡単に実験ができます。 実験方法：

1. 2つのプランジャーをくっつけます。
2. 分離してみましょう。

分離を完了するのは、ほとんどの子供が想像するよりもずっと難しいことです。 2つのプランジャーを突っ込むと、内側が押し合ってできた空洞から空気を押し出すことになるのです。 この空気が押し出されることで、内部の気圧は外部よりはるかに低くなる。

Ping Pong Funnel Experiment

The ping pong funnel experiment involves having a ping pong ball in the bowl of the funnel and blowing through the funnel.これはピンポン玉をじょうごに入れ、じょうごに息を吹き込む実験です。 ボールは吹き飛ばされることなく、ボウルの中にしっかりと保持されます。

1. 漏斗の中にピンポン玉を入れ、強く息を吹きかけます。 ボールのあるほうを天井に向けるように頭を傾けてみてください。
2. 漏斗を反転させたときに、ボールが吹き飛ばされない程度に強く吹けるかどうかを確認します。

漏斗に息を吹きかけると、ボールがある場所の空気がより速く動き、ボールを囲む他の空気より低い気圧を発生させることができます。 その結果、ボールの下の空気圧は周囲の空気より低くなり、高い圧力となります。

噴水ボトルシール実験

噴水ボトルシール実験は、空気圧を利用してストローで水を押し出すことを実証する実験です。

• 水筒（2リットル）
• 粘土
• 長いストロー
• 水

次の3ステップで行います：

1. 水筒に水を半分まで入れる。
2. ストローに巻いた粘土の塊でボトルの口を完全に塞ぎます。
3. ストローに息を勢いよく吹き込みます。

息を吹き込むと、瓶の中の気圧が上がり、水に力が加わり、ストローを伝って水が上がってきます。

100万ドルの賭け実験

この実験に必要なもの：

• 水またはソーダの瓶
• 紙

実験を行うには、次のステップに従ってください：

1. 瓶はテーブルの上に水平に寝かせます。
2. 紙を丸めて瓶の口に突っ込みます。
3. 「100万ドル賭けてもいい、紙を瓶の中に吹き込むことはできないぞ！」と言って、紙の束を瓶の中に吹き込むことに挑戦させます。「

実験を試みる人は、紙を瓶の中に入れるのが非常に難しいことに気づくでしょう。すでに中に入っている空気は瓶の口から出る以外に行き場がなく、その場合、紙も一緒に出てしまうからです。

Flying Papers Experiment

Flying Papers Experimentは、普通の紙が1枚あればよいのですが、その紙を、紙鉄砲のようなもので叩いてみます。 その紙を下唇に当てて、紙全体に息を吹きかけます。 すると、紙が上に飛んでいくのがわかります。 これは、飛行機が飛ぶのと同じ現象です。 息を吹きかけることで、空気の流れが速くなり、気圧が下がります。

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