やってみよう 氷のふしぎ実験!2

実験3 氷のステンドグラス~偏光板を使って

用意するもの
  • シャーレ
  • 偏光板2枚
  • ライトボックス
氷を薄くとかしてシャーレに入れ、偏光板を貼ったライトボックスの上に置きます。 そして、シャーレにもう1枚の偏光板をのせて上からのぞくと、、氷は色づいて見えます。 偏光板を回転させると色は微妙に変化します。
このとき、氷は、色の違ういくつかの部分に分かれて見えることがありいます。 これは、その氷がいくつかの結晶からできているためで、1つの結晶の部分は同じ色に見え、 別の結晶はそれぞれ違う色に見えます。この原因は、結晶には方向があり、2つ(以上)の結晶でできた氷は、 それぞれ結晶の方向が違うため、偏光板を通してみる氷はステンドグラスのように美しいですね。
ところで、2つ(以上)の結晶でできた氷のチンダル像を作ると、それぞれの結晶の方向の傾きに応じてチンダル像は傾き、 円~だ円~直線のさまざまな形に見えることがあります。これは、チンダル像がうすい円板だからです。
偏光板も、チンダル像も、氷の結晶のようすを知るために、役に立つのです。

色づいて見える氷。2枚の偏光板ではさみ、ライトボックスの光で観察。

1つの氷に、いくつか色の違う部分ができる。

実験4 氷のレンズ

用意するもの
  • 中華料理用のオタマ
  • 丸洗い選択バサミ
  • 黒い紙
  • サングラス
これまでの実験で、金属は熱をよく伝える性質があり、金属に氷が触れると早くとけることを知りました。 この原理を利用して、氷のレンズを作ってみましょう。中華料理を作るときのオタマ(金属)に氷を入れると、 氷はオタマのゆるく曲がった面にそってとけます。裏返した両側をとかすと、氷はレンズの形になります。 これを丸い洗濯バサミではさむと、虫眼鏡のでき上がりです。
では、氷のレンズで太陽の光を集めて紙を燃やすことはできるでしょうか? (強い光は直接見ないように、実験のときは、サングラスをかけましょう。)
又、そのとき氷はどうなるでしよう?実は、このとき氷の中に何か形が現れてくることがあります。 それはどんな形でしょう?(これまでの実験を思い出してください!)

オタマでレンズを作り、洗濯バンミで虫メガネにする。

黒い紙に焦点を合わせる。

レンズに現れた形は…。

実験5 氷釣り

用意するもの
  • 氷(どんなものでもよい)
  • バット
  • 食塩
  • 小さなスプーン
  • タコ糸
糸で氷を釣ってみましょう。
この実験は氷の表面が少しとけた状態で始めます。タコ糸をほぐして2~3本に分け、それぞれ氷の表面に付けます。 そして、その1ヶ所に、耳かき1杯ほどの塩をかけます。数秒待ってから、そっと糸を持ち上げてみましょう。
釣れる理由は?
氷は塩に触れるととける性質があります。でも、とけるためには熱が必要で、その熱を氷全体から奪うことになるので、 氷の温度はどんどん下がり※、塩のついていない部分の糸と氷が凍りつくのです。 ※最大-21.2度まで下がることがあります。氷と塩など、2つのものが触れて低温になるものを寒剤といいます。

ほぐした糸の1ヵ所に塩をかける。

氷が釣れたよ。

実験6 切っても切れない氷(復氷)

用意するもの
  • 机2つ
  • 板氷
  • 細い銅線
  • 2つのおもり(各5kgほど)
机を2つ、少し離して置き、机の両端を支えにして1枚の氷板を置きます。 そして、両端におもりをつけた細い銅線を氷にかけると、針金は徐々に氷にめりこんでいき、 やがて氷を通りぬけ、おもりとともに下に落ちます。しかし、氷は切れていません。 切っても切れないように見えるこの現象を復氷といいます。
 おもりに引かれた針金の下で強い圧力を受けて凍りはとけます。 とけてできた水は針金の上に移動し、 針金の上では圧力が急に減るため凍ります。復氷はこの繰り返しでおこると考えられます。 初めてこの実験をしたのはイギリスのボトムリー(1872)でした。
 針金が通り抜けても氷は切れていませんが、完全にもとのままではありません。針金の通り抜けた面は、 くもりガラスのようになっていることを観察しましょう。これは、チンダル像のときと同じように、 氷の内部がとけてできる微小な「真空の泡」です。
 この実験では5Kgのおもりを使いました。水の入った1リットルのペットボトル(約1Kg)もおもりに使えますが、 そのときは特に細い銅線を使って下さい。