夏休みの工作 自由研究 ~ ガリレオ温度計 ~

今年の自由研究の宿題は・・・

学校より理科の自由研究を行えとの指示があったみたいで・・・
      #それじゃ、自由じゃないだろ!!!

 柿ぴ:理科の自由研究のテーマって、何にするのぉ??? 
 息子:氷と塩で、ジュースを凍らしてアイスキャンディをつくるぅ~
 柿ぴ;おいおい、それ学校の理科の実験でやったやつじゃないの?
 息子:もう一回やってみたい・・・
 柿ぴ:テーマが見つからないのであれば、パソコンでネタを調べたら・・・

 しばらく、パソコンで調べて・・・

 息子:ガリレオ温度計を作ってみたい。。   

そんなわけで、今年の夏休みの工作はガリレオ温度計に決定!!

ガリレオ温度計の市販品はこんな感じです。  クリックするとAmazonにリンクしてます。 
3,000円くらいからでどこかで見たことあると思います。 

    

  #作るより買った方が安い、いやなご時世、だから理科離れが進むのか?
  #柿ぴはガリレオ温度計じゃないけど、いちばん右のドリンキングバードが作りたい、いや買いたいww(笑)
  
 ガリレオ温度計を物理的に詳しく知りたい大人の人は、「ガリレオ温度計について考える」
  ↑↑ こちらのページが詳しくて良いと思います。


さて話を戻して・・・・ 小学生の保護者用???

 今年は、少々手を抜いて、
 ネットには小学生向けのガリレオ温度計が簡単に作るそうな記事が・・・たくさん。
  ガリレオ温度計を作ってみよう
  ガリレオ温度計をつくろう


詳しく書くと息子に怒られてしまうので、検索で飛んできた、
ほかの人が作るときに参考になるようなポイント&さわりだけ

 実際に使った道具は下のようで、全て100円ショップに買い出し
 温度計は自宅にあった秋月の500円のデジタル温度計を使用

 DSCF2397.jpg
            #写真は作り終わって余ったビーズなので少量です。

 ・温度計となる小瓶は、化粧水入れ (ガラス瓶が良いけどガラス瓶のはありませんでした。)
   この化粧水入れは硬質の物で、蓋がぴったり閉まるものがいい。

 ・冷水筒かガラス瓶

 ・色つきのビーズはすべてプラスティックのビーズだったので、ガラス製の小さい小石??をスプレーで着色ww
   #できるだけ小粒の物を選ぶこと、白砂に着色の方がいいと思います。
   #プラスティックのビーズは軽いので使用できないと思われる。瓶もプラですし。。。


今回は、34℃,31℃,28℃,25℃,22℃,19℃の6種類に設定することに。
各温度調整の方法は、各作成の上記のページを参照してください

温度調整は、1g以下(0.1g単位)の微妙な調整が必要で思っていた以上に大変です。
細かな作業で結構根気がいります。

このため、小石(ビーズ)と呼ばれるほどの大きさでは、大きさを選んだり入れ替えたりで大変でした。
なので、公園の砂より少し位大きい、砂浜の白い砂くらいがいいかもしれません。
 (100円ショップだったら、お線香用の砂が使えるかもしれない)

遊びながらやって、作成1日 実験1日 計2日
締め切った日の当たる部屋で、朝、氷を入れて均一な16℃からスタートし午後5時ころまで
 実際は一日中見てたわけではなく、ビデオカメラのインターバル設定で撮影(30秒に2秒録画)で後から確認

 #柿ぴは氷を入れてスタートさせましたが、終わてから考えると、
  合わせて、エアコンで部屋を十分に冷やして実験するのがいいと思います。
  (瓶内の上部下部の温度差が大きくなるのが防止できます。
   氷だけだと最大2.5℃くらい温度差が発生します。)
 
調整時は、瓶のキャップの所に付いた気泡を取り除くために、良くかき廻して飛ばす事を忘れずに

また、瓶を開けて重さを調整すると、調整しているときに中に水滴が入ったりでうまく調整できなかったりしましたので、
砂を使うか、瓶の底に、砂を混ぜたエポキシを数mm位つけておいて、ある程度、ちょっと重いかな???程度まで調整し微調整の域に入ったら、紙やすりの上で瓶の底を少しずつ、削って微調するのが正確にできそうです。
 #柿ぴの場合、それに気が付かず、息子と相談して100円ショップで売っている化粧水用の注射器をまた買いに行って、水滴を1滴づつ加えて調整してした。



温度の上昇時は関係ないけど、下降時の誤差が大きくなる傾向があり、考察すると上に上がった瓶は表面張力が働いてなかなか降下しないと思われるので、界面活性剤の入った石鹸水などをちょっと加えてやるとよいかもと思います。 

オフセットがかかった時(全体的に2℃高いとか逆に低いとか)の場合のために、食塩水3%くらいでの水で作成して、塩分を0%~6%で調整すると、オフセットを調整できるかもしれない  逆に授業で習うので小学生の方が気が付くかもね??

結果論として、柿ぴが選んだ瓶(写真)は、キャップが若干傘になっていて内側に入り込む空気の量が毎回変わって良くない。(調整が大変)
 追記:このため、これから行う人はキャップのネジが切ってとこまでキャップを削った方がいいです。

息子が使った、お弁当のソースや醤油を入れるプラの容器の方が、調整したときの再現性が良くて、調整が早くて正確でした。
 追記:最終的には日によって動きが異なる・・。考えれば当然と言えば当然で、気圧の影響を受けてしまうので、受けるので、結局やわらかいプラの容器では絶対温度の測定は誤差が大きすぎてダメでした。

ただ、プラの瓶を使用した場合、実験結果の考察として、
たかが20cm程度のガラス瓶ですが、たぶん上部と下部で掛かる水圧が変わり、容積が変化してしまうため、上昇と下降での温度差が大きくなる。(下で調整した場合、若干容器が小さくなっているので比重が大きくなり、上部では比重が小さくなる)

同様に、ペットボトルや大きな瓶(写真)を密閉してしまうと、温度上昇に伴い、中の圧力が高くなり、上記同様に、容積変化が水圧の比でないくらい大きくなってしまうので、ペットボトルや瓶の蓋に水のこぼれない程度の穴を空けて、容器内部に圧力が掛からないようにしないと、調整値と完成時の値がめちゃくちゃになりますので注意!! 


こういう実験が好きなお子さんは、十分楽しんでできると思いますが、
興味を示さないお子さんには不向きな、ガリレオ温度計でした。

結果は、最低温度側は少し遅く動作し始め、30℃近辺もまぁまぁ しかし、やる気なしの瓶もいる。。
DSCF2372_.jpg DSCF2393.jpg

下の写真で気温32℃時に浮かんでいる瓶の水面より出ている高さの違いで、
重さがどのくらい微妙なのかが伝わるかな??

DSCF2401_.jpg

今回は息子は息子のを、柿ぴは柿ぴのを、競争して別々に作りました。
 (息子が作った方のが正確かも!?(笑) 写真は柿ぴが作った方のです。

 悔しいから、作り直そうかな?(爆)




ガリレオ温度計のその後は、こちらww








ガリレオ温度計 工作に必要な、秋月の500円のデジタル温度計はこちら↓

小型温度計モジュール(-50℃~100℃)[高速応答]

M-01745.jpg

ジャンボ時計付き温度計(サーモアラームクロック) JB916EXN


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No title

ガリレオ温度計。
遠い昔、学研の「科学」の付録で作ったような気がします。
そういえば、2年前に休刊になった学研の科学が復刊したそうで、喜ばしい限りです。
夏休みらしく、自由研究のサイトもありますね。
http://kids.gakken.co.jp/jiyuu/index.html

No title

こんちは、

ちょっと、本文中に追記もしましたが・・・
 だれが作っても再現性のある「学研」の付録がいいなぁ

こんなものでも、
 構想⇒設計⇒
   制作⇒検証⇒考察⇒改良⇒ 検証⇒考察⇒改良 ・・・

結構奥が深くて・・・  楽しめました(涙)
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