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京都府立桃山高等学校 課題研究発表会 要旨集
平成２６年度 スーパーサイエンスハイスクール 京都府立桃山高等学校 課題研究発表会 要旨集 ― 目 次 ― はじめに １班 次元への挑戦 東山浩也・樋口敦也・藤井克裕・三浦大輝・中村颯・三原柊平 ２班 弓道の研究 ３班 ミルキークラウン 荻野孝太・山﨑誠也・安藤駿太朗・中陸哉・寺尾太一 ４班 粒状現象 ―迫真― 桒原斗夢・南本一樹・鎌田智至・中村豪・似田優太 住山恭平・高橋育生・前川力斗 ５班 光速を測ろう！～現代版フィゾーの実験～ 村井淳彦・田原嵩大・坂本修哉・辻井陵大・岸本章太郎・藤村竜也 ６班 化学実験のマイクロスケール化 梅原鴻佑・小石啓介・田中輝・谷口昇汰・山田啓真・山中陸椰 ７班 糖アルコールはキャラメル化を起こすのか 森明日香・小谷文絵・杉本麻衣 ８班 アルコールの過冷却 神谷京佑・石井祥・橘優心・細谷凌平・青木颯志 ９班 薬を捨てないで!!! 中路健斗・中川真・野村成・藤井拓志・物部憲尚・森川和紀 １０班 高分子による水浄化について 木田祐希・木村友哉・笹田匠悟 １１班 水質汚濁と浄化作用の効率性 小川築・山中祥平・橘智之・田中祐輔・林翔太・東大貴 １２班 プラナリアの再生能力 青山ゆう・淺野育美・池澤美季・髙岸佑季 １３班 クマムシの限界－クマムシは本当に最強なのか－ 東和佳・永田裕佳・若林香菜子 １４班 アリジゴクの研究 上田一郎・松本佑真・木村一智・島野俊佑・田中克雅・南勇銘 １５班 緑の風について調べる～ヒートアイランド現象～ 倉元千亜希・村瀬歩実・藤原楓・吉村凪沙 １６班 小さな星をさがして～夜空の明るさ調査～ 岡本紗耶加・山村公佑・飯村太郎・佐竹太陽・佐々木優斗 １７班 サリチル酸系蛍光物質の応用 米田瑠々花・大塚美南・大橋美緒 １８班 自然の力を利用した水浄化システム 久志本実希・大迫理菜・笹倉直子・出口未菜・本多美優香・吉岡明日香 1班 次元への挑戦 東山浩也、樋口敦也、藤井克裕、三浦大輝、中村颯、三原柊平 目的 １次元と２次元の間の次元にある図形を比較し、考察す る。 図形の描写 以下の図形を「元の図形」として設定する。 右向きに１、反時計回りに６０度まげて１、時計回りに１２ ０度まげて１、反時計回りに６０度まげて１引いたもの （上は 1.46 次元、下は 1.77 次元） 同じ次元にある図形どうしの関係 敷き詰まり具合が似ている。 このプロセスで元の図形を１として描いていく。 （図はどちらも 1.77 次元） ↓これが２つめの図形となる。 ２次元と２次元に近い次元にある図形 ２次元にある図形と（左図）、２次元に近い次元にある図 形（右図）を比較する。 「次元」とは———次元の定義 「フラクタル図形」という図形について次元の定義法が存 在する。これは、ある任意の図形を設定し、「図形の描写」 で述べた方法で２つ目の図形を描く。それらを比較し、図形 の数の変化と相似比を求め、それらの対数をとるのである。 結論 ここでは、この定義法を用いることにする。 図形のある次元が２次元に近づくほど線の敷き詰まり具 相似比ⁿ＝図形の数の変化 となるとき、その図形は n 合が密になり、一見平面のようになる。 図形のある次元が同じ次元どうしの図形を比べると、しき 次元にある。 つまり具合は似ている。 考察 今後の課題 違う次元にある図形どうしの関係 ２次元と３次元の間の次元にある図形についても調べて 図形のある次元が２次元に近づくほど、その図形は敷き みる。 詰まったように見える。 「フラクタル図形」以外の次元の定義の仕方でも調べて みる。 - 1 - 図形の描写 次元への挑戦 課題研究 １班 東山浩也 中村颯 樋口敦也 藤井克裕 三浦大輝 三原柊平 １次元（線） フラクタル次元 相似比と図形の数の変化 図形の数の変化＝相似比のｎ乗 → その図形はｎ次元にある 相似比 図形の数 ２倍 ２倍 log 2 1 ２次元（平面） 相似比 図形の数 ２倍 ４倍 log 4 相似比 図形の数 ３倍 ５倍 log 5 ≒ 1.46 2 - 2 - 疑問点１ • 図形のある次元が２次元に近づけば近づくほ ど線が詰まった図形になるのではないか ■ log 5 ≒ 1.46次元 疑問点２ • 同じ次元の図形どうしにはどのような関係や 差があるのか log 7 ≒ 1.77次元 実際にプログラムを組みます。 実際にプログラムを組みます。 - 3 - log ２ ４=2(次元) log 9=2(次元) C1 D1 D7 考察 今後の課題 ・２次元に近づくと 線のしきつまり具合が密になる 一見平面のようになる • ２次元と３次元の間の次元にある図形につい ても調べる • 次元の定義の仕方を変え、次元を調べる ・同じ次元の図形を比べると しきつまり具合は似ている 参考文献 • 理系のための Visual Basic 2005 実践入門 (技術評論社) 山住富也・森博・小池愼一 • フラクタル幾何学(上・下) (ちくま学芸文庫) B.マンデルブロ - 4 - 弓道の研究 2班 ―迫真― 桒原斗夢、南本一樹、鎌田智至、中村豪、似田優太 １ 概要 僕たち弓道部は普段の練習で疑問に思っている、矢 の速度などについて調べようと思い、ハイスピードカ メラなどを使用して調査しました。 また、段ボールを使うことによって矢の運動エネルギ ーについて調べました。 ２ 使用した道具 弓具(矢の質量：31.2g 矢の長さ：105cm) ハイスピードカメラ、力センサー、おもり、鶏肉、 段ボール、PASCO Capstone ３ 実験の方法と結果 (1)矢の速度の測定 矢の発射の瞬間と矢が的に当たる瞬間をハイスピー ドカメラで撮影した。 上記のソフトを用いて運動の分析を行った。 初速 平均： 54m/s （３）矢の運動エネルギー 的の代わりに段ボールを設置したところ 23 枚貫通 した。 僕たちは 2 種類の方法を用いて運動エネルギーを出 した。 (ア)矢の終速 36ｍ/s から出した運動エネルギー 1/2×0.0312(kg)×36^2(m/s)≒20.2(J) (イ)段ボール 23 枚貫通したという結果をもとに出し た運動エネルギー 矢じりが段ボール 23 枚貫通するためのおもり の量→230N 終速 36m/s 段ボール 23 枚の厚さ→0.0679ｍ ∴230(N)×0.0679(m)≒15.6(J) (4)鶏肉の貫通実験 力センサーを用いて厚さ 31 ㎜の鶏肉を貫通する力の 大きさを求めた→24.4N。 貫通させるのに必要な仕事は 24.4(N)×0.031(m)≒ 0.76(J)。 （3）の（イ）より、矢がする仕事は 15.6J。 15.6(J)÷0.76J×0.031(m)≒0.64(m) (2)狙いの角度（仰角） 地面からの高さ 0 度（水平） -0.150m 地面の下 0.450 度 0.065m 的の下限 0.820 度 0.245m 的の中心 1.00 度 0.333m 1.18 度 0.425m 的の上限 ４ 考察と感想 (1)初速 54m/s であるにも関わらず、終速が 36m/s と、 空気抵抗により、速度が 18m/s も下がることに驚いた。 (2)矢を水平にして離れを行うと、地面の 0.15ｍ下に行 くが、 たった 0.82 度上げるだけで、 的の真ん中に中り、 また 1.18 度より上を狙ってしまうと、的から外れてし まうことが分かった。 (3(ア)で出した運動エネルギーと(イ)で出した運動エ ネルギーでは、20.2J と 15.6J で近い値になった。こ の差の 4.6J がどこでの誤差なのか今後の課題である。 (4)鶏肉と人間が同じ力で貫通できると仮定すると、大 体人二人分貫通することが分かり（骨には当たらなか ったとする） 、 弓道は危険なスポーツであると分かった。 - 5 - 僕たち弓道部は普段の練習で疑問に 思っている、矢の速度などについて調 べようと思い、ハイスピードカメラなどを 使用して調査しました。 また、段ボールを使うことによって矢の 運動エネルギーについて調べました。 ー （迫真） ー • • • • • • • 弓具（矢：質量31.2ｇ 長さ105ｃｍ） ハイスピードカメラ 力センサー おもり 鶏肉（胸肉） ダンボール PASCO Capstone （１）矢の速度の測定 矢の発射の瞬間と矢が的に中る瞬間をハイスピードカメ ラで撮影し、解析ソフトを用いて運動の分析を行った。 （２）矢の運動エネルギー 的の代わりに段ボールを重ねて置き、何枚貫通するか計 測した。 厚さ31㎜の鶏肉を貫通する力の大きさを力センサーを用 いて調べた。また、鶏肉に矢を中てた場合どのくらい刺さる か計算をおこなった。 ←PASCO Capstone 矢の速度の測定 初速 一回目50ｍ/ｓ 二回目57ｍ/ｓ 三回目55ｍ/ｓ 平均54ｍ/ｓ 矢は段ボールを２３枚貫通した！！ 終速 36ｍ/ｓ - 6 - 狙いの角度（仰角） ・(1)の結果よりExcelを用いて、シミュレーションを行った。 ◎シミュレーションの内容 ○空気の密度をρ、矢の断面積をｓ、矢の速さをｖ、 矢の仰角をαとする。 ○空気抵抗 →全：R=1/2*ρ*s*v＾2 ｘ：1/2* ρ*s*v^2*cosα ｙ：1/2*ρ*s*v^2*sinα ○運動方程式→ｘ：-1/2*ρ*s*v^2*cosα=maｘ y：-1/2*ρ*s*v＾2*sinα-mg=maｙ これから0.05ｓ毎にｖｘ、ｖｙ、位置ｘ、位置ｙを求めた。 矢尻が鶏肉31mmを貫通するのに２４．４N ←力センサーでの測定 時間(s) 距離x(m) 高さy(m) 空気抵抗(N) x(t-1)+vx(t-1)*0.05 y(t-1)+vy(t-1)*0.05 矢の運動 矢の運動 空気抵抗 空気抵抗 重力 重力 速度vx(m/s) 速度vy(m/s) vx（ｔ-1)-空気抵抗(ｔ-1)*(vx(t1)/v(t-1))/重量*0.05 密度*断面積 *(vx^2+vy^2)/2 vy(t-1)-空気抵抗(t-1)*(vy(t1)/v(t-1))/重量*0.05-9.8*0.05 0.00 0.00 1.60 0.87 49.80 0.05 2.49 1.64 0.82 48.41 0.20 0.10 4.91 1.65 0.78 47.10 -0.29 0.15 7.27 1.63 0.74 45.86 -0.78 0.20 9.56 1.59 0.70 44.68 -1.25 0.25 11.79 1.53 0.67 43.56 -1.70 0.30 13.97 1.44 0.63 42.50 -2.15 0.35 16.10 1.34 0.61 41.49 -2.59 0.40 18.17 1.21 0.58 40.52 -3.02 0.45 20.20 1.06 0.55 39.60 -3.44 0.50 22.18 0.88 0.53 38.72 -3.86 0.55 24.11 0.69 0.51 37.87 -4.26 0.60 26.00 0.48 0.49 37.06 -4.66 0.65 27.86 0.25 0.47 36.29 -5.05 0.70 29.67 -0.01 0.45 35.54 -5.44 0.75 31.45 -0.28 0.44 34.83 -5.82 （３）矢の運動エネルギー ・矢の終速とダンボール23枚貫通した結果から 二通りの方法で運動エネルギーを求めた。 狙いの角度（仰角） 地面からの高 さ ０度（水平） -0.150m 地面の下 0.450度 0.065m 的の下限 0.820度 0.245m 的の中心 1.00度 0.333m 1.18度 0.425m （Ⅰ）矢の終速36ｍ/ｓから出した運動エネルギー ½×0.0312(kg)×36＾2≒20.2(J) 的の上限 - 7 - 0.71 （４）鶏肉の貫通実験 （Ⅱ）ダンボール２３枚貫通したという結果をもと にだした運動ｴﾈﾙｷﾞｰ 矢じりが段ボール23枚貫通するためのおもりの量→230N 段ボール23枚の長さ→0.0679ｍ ∴230(N)×0.0679(m)≒15.6(J) 厚さ31㎜の鶏肉を貫通する力の大きさ→24.4N 貫通させるのに必要な仕事 →24.4(N)×0.031(m)≒0.76(J) （3）の（Ⅱ）より、矢がする仕事→15.6J ∴ 15.6(J)÷0.76J×0.031(m)≒0.64(m) したがって、骨に矢が中らないと仮定すると 矢は64ｃｍ貫通する。 （１）矢の速度の測定 ・初速54m/sであるにも関わらず、終速が36m/s と、18m/sも下がっていた ・空気抵抗により、速度が18m/sも下がることに 驚いた （３）矢の運動エネルギー ・（Ⅰ）と（Ⅱ）で出た値が20.2Jと15.6Jと近くなった。 ・この差の4.6Jの原因は今後の課題である。 （４）鶏肉の貫通実験 ・鶏肉と人間が同じ力で貫通できると仮定すると、 大体人二人分貫通することが分かった。（骨には 当たらなかったとする。） ・このことより弓道はとても危険なスポーツでもある とわかる （２）狙いの角度（仰角） ・矢が的に中る範囲は0.45度～1.18度。 ・微妙な誤差でも変わってくる。 http://yang12.fc2web.com/zaregoto/kyu udou3.html これは矢の角度の考察に用いた シュミレーションの参考文献です! http://pic.prepics-cdn.com/pib1303209815/21414237.jpeg - 8 - 㸱⌜ ȟȫǭȸǯȩǦȳ Tzvoubsp!lpub!sjlvzb!ubjdij!tfjzb! ಒᙲ㸸 ἂἻἧỉᛟଢᴾ ๓ᅇ⾜ࡗࡓࠊ⌫ࢆ∵ஙⴠࡋⴠୗࢫࣆ࣮ࢻࢆồࡵࡿᐇ㦂࡛⢓ᛶ ࡢᙉࡉࢆồࡵࡲࡋࡓࠋ ࡑࡇ࡛ᅇࡣ๓ᅇồࡵࡓ⢓ᛶࡢᙉࡉ㣕ἓࡢᩘࡢ㛵ಀᛶࡘ࠸ ࡚ㄪࡲࡋࡓࠋ 㹫㸻㸦㉁㔞㸧 㹥㸻㸦㔜ຊຍ㏿ᗘ㸧 㹦㸻㸦㧗ࡉ㸧 㹴㸻㸦㏿ᗘ㸧 ⨨࢚ࢿࣝࢠ࣮㸻㹫㹥㹦 ଶ 㸯 㐠ື࢚ࢿࣝࢠ࣮㸻 㹫㹴 㸰 㸯 Ⴘႎ㸸 㸰 㹫㹥㹦㸻 㹫㹴 㸰 㧗ࡉ⢓ᛶࡀ㣕ἓࡢᩘ࠼ࡿᙳ㡪ࡢ☜ㄆ 㹴㸻ට㸰㹥㹦 ˎᛟ㸸 ⢓ᛶ㧗ࡉࡀ㣕ἓࡢᩘᙳ㡪ࢆ࠼࡚࠸ࡿ࠸࠺௬ㄝࢆࡓ࡚ࡲ ࡋࡓࠋࡲࡎࠊỈࢆⴠࡋ࡚ࡶࢡࣛ࢘ࣥࡣ࡛ࡁ࡞ࡗࡓࡓࡵ⢓ᛶࡀ 㛵ಀࡋ࡚࠸ࡿ⪃࠼ࡲࡋࡓࠋḟࠊ㧗ࡉࡣ㐠ື࢚ࢿࣝࢠ࣮ᙳ㡪 ࢆ࠼ࡿࡓࡵࡋࡎࡃࡢᩘ㛵ಀࡋ࡚࠸ࡿ⪃࠼ࡲࡋࡓࠋ J .ᐃᩘ⾲ࡏࡿࠋ ࡼࡗ࡚ට㹦ࢆኚ㔞ࡍࡿࠋ ᬴ܱƷ㸸 ձ ↓⬡⫫ࠊᡂศ↓ㄪᩚࠊప⬡⫫ࠊ≉⃰ࡢ∵ஙࢆ⏝ពࠋ ղ 30,75,120,165cm ࡢ㧗ࡉࡽ୍ࡎࡘⴠࡋࠊࡑࡢᵝᏊࢆ ࣁࢫࣆ࣮ࢻ࣓࡛࢝ࣛᙳࠋ ճ ᙳࡋࡓື⏬ࢆศᯒࡋࠊ㣕ἓࡢᩘࢆ☜ㄆࠋ 㣕ἓࡢᩘ㸦n^2 ಶ㸧 200 180 160 140 ᡂศ↓ㄪᩚ 120 ↓⬡⫫ 100 ≉⃰ ప⬡⫫ 80 60 40 20 0 㧗ࡉ㸦㹦cm) 0 50 100 150 200 ኽௐ㸸 ᐇ㦂࡛ᚓࡽࢀࡓࢹ࣮ࢱࡢ⦪㍈ࢆ㣕ἓࡢᩘࠊᶓ㍈ࢆ㧗ࡉࡢᖹ᪉᰿ࡋ ࡚ࢢࣛࣇࢆసᡂࡋࡲࡋࡓࠋࡑࡢ⤖ᯝࠊ㧗ࡉࡣ㣕ἓࡢᩘ㛵ಀࡋ࡚࠸ࡿ ྍ⬟ᛶࡀ㧗ࡃࠊ๓ᅇồࡵࡓ⢓ᛶࡢᙉࡉࡢ㛵ಀᛶࡣぢࡘࡅࡽࢀࡲࡏࢇ ࡛ࡋࡓࠋ ᎋݑ㸸 ᐇ㦂⤖ᯝࡽⴠࡍ㧗ࡉࡀ㧗࠸࡛ࡁࡿ㣕ἓࡢᩘࡣᑡ࡞ࡃ࡞ࡿ ࠸࠺ࡇࡀศࡾࡲࡋࡓࠋ๓ᅇࡢᐇ㦂࡛ࢱࣥࣃࢡ㉁ࡀ⢓ᛶ㛵ಀࡋ ࡚࠸ࡿࡢ࡛ࡣ࡞࠸⪃࠼ࡲࡋࡓࡀࠊࡑࡢ⪃࠼ࡣఱࡽࡢ㊊ࡀ࠶ ࡿ᥎ ࡉࢀࡲࡍࠋࡲࡓࠊ㣕ἓࡢᩘࡢᕪࡀᑠࡉ࠸ࡢࡣࠊ⢓ᛶࡢᙉࡉ ࢇᕪࡀ࡞ࡗࡓࡓࡵ⪃࠼ࡽࢀࡲࡍࠋ๓ᅇồࡵࡓ⢓ᛶࡢᙉࡉࡢ 㐪࠸ࡣࡈࡃࢃࡎ࡛࠶ࡗࡓࡓࡵࠊḟᅇࡢᐇ㦂࡛ࡣࡼࡾ⢓ᛶࡢ㐪࠸ࡀ᫂ ⓑ࡛࠶ࡿࡶࡢࢆ⏝࠸࡚㣕ἓࡢᩘࢆィ ࡋࡓ࠸ᛮ࠸ࡲࡍࠋ ʻࢸ㸸 ⢓ᛶࡢ㐪࠸ࡀ᫂ⓑ࡛࠶ࡿࡶࡢࢆ⏝࠸࡚㣕ἓࡢᩘࢆィ ࡋࡓ࠸ᛮ ࠸ࡲࡍࠋ - 9 - ミルキークラウンとは？ 牛乳などの少し粘性を持つ液体に おいてその液体を薄く張った平た い容器にその液体を一滴落とすと その飛沫が美しい王冠状の形を形 成する現象のこと。 ミルキークラウン 安藤 山﨑 荻野 辻中 寺尾 概要 • 前回行った、球を牛乳に落とし落下 スピードを計測する実験で粘性の強さ を求めた。 • そこで今回は前回求めた粘性の強さ と飛沫の数の関係性について調べた。 無脂肪 低脂肪 成分無調整 特濃 エネルギー[kcal] 92 92 137 150 タンパク質[g] 8.8 6.7 6.8 6.4 脂質[g] 0.8 3.0 7.8 9.1 炭水化物[g] 12.5 9.6 9.9 10.5 ナトリウム[mg] 104 85 85 112 カルシウム[mg] 292 229 227 227 無脂乳固形分[%] 11.0 8.4以上 8.3以上 8.5 乳脂肪分[%] 0.4 1.5 3.5以上 4.3 仮説 • 粘性と高さが飛沫の数に影響を 与えている。 粘性の強さ 無脂肪＞成分無調整＞低脂肪＞特濃 - 10 - 無脂肪 実験の手順 ①無脂肪、低脂肪、成分無調整、特 濃の牛乳を用意。 ②30,75,120,165cmの高さから一滴 ずつ落とし、その様子をハイスピー ドカメラで撮影。 ③撮影した動画を分析し、飛沫の数 を確認。 高さ 30 75 120 165 クラウン 10 8 8 8 12 8 8 10 10 12 8 8 12 10 10 8 12 8 10 8 12 10 10 8 低脂肪 特濃 高さ 30 75 120 165 クラウン 8 8 8 8 6 10 8 8 10 10 8 10 8 10 6 10 10 6 10 10 6 10 12 6 6 6 10 8 8 6 10 8 8 6 10 10 8 8 高さ 30 75 120 165 クラウン 12 10 8 6 12 8 8 12 8 10 力学的エネルギー＝ｍ(飛沫の質量)×g(重力加速度)×h(高さ) 成分無調整 高さ 30 75 120 165 クラウン 16 12 10 6 16 12 10 8 16 10 8 8 12 10 8 8 12 8 8 6 12 8 10 6 mgh h (高さ) v(速度) １ m 2 ２ 1 力学的エネルギー＝2×m(飛沫の質量)× 2 (速度の２乗) 1 mgh=2 v＝ 2 - 11 - 2 2g K(定数)と表せる よって ｈを変量とする 飛沫の数（ｎ個） 飛沫の数（n^2 個） 14 200 12 180 160 10 成分無調整 140 8 無脂肪 成分無調整 無脂肪 特濃 低脂肪 6 120 特濃 100 低脂肪 80 4 60 40 2 高さの平方根 （√ｈｃｍ） 0 20 0 0 5.48 8.66 10.95 20 40 60 80 100 120 140 160 180 高さ（ｈcm) 12.84 考察 結果 • タンパク質以外にも粘性に関係している物質が ある可能性が高い。 • 飛沫の数の差が小さいのは、粘性の強さにほと んど違いがないからだと考えられる。 • 高さは飛沫の数に関係している可能性が 高く、前回求めた粘性の強さとの関係性は 見つけられなかった。 今後の目標 今後の展望 • タンパク質以外に粘性に 影響している物質の特定 粘性の差が明らかなものを 用いて実験する - 12 - ण व गॆअ ऑ ॒ खॆअ ڰྉ ٴٴٴ၄૾ਠٴٴٴ ٴਏٴ ࡍ ࡳ ࡸࡲ ࡁࡻ࠺ ࠸ ࡓ ࡣࡋ ࠸ ࡃ ࡳ ࡲ ࠼ ࢃ ࡾ ࡁ ఫᒣ ᜤ ᖹ࣭㧗ᶫ ⫱⏕࣭๓ᕝ ຊᩯ ٴટٴ ◁ࢆⴠࡋ࡚ᒣࢆసࡾࠊᒣࡢᩳ㠃ࡢゅᗘࢆ ࡿࠋࡑࡋ࡚ࠊࡑࡢゅᗘ͆Ᏻᜥ໙㓄 ゅ͇ࡣఱ౫Ꮡࡋࠊࡢࡼ࠺࡞ኚࢆぢࡏࡿࡢࠋ ᾀᴾ ᡃࠎࡣ◁ࡢ⢏ᗘࡸὶ㏿࡞ࠊᵝࠎ࡞᮲௳ࢆኚ࠼࡚ᐇ㦂ࢆ⾜ࡗࡓࠋࡋࡋࠊᐇ㦂 ࢆ⾜࠺୰࡛ࠊ◁ࡢὶࢀ᪉≉ᚩࡀ࠶ࡿࡇẼ࡙ࡁࠊ௨ᚋࡑࡢ≉ᚩὀ┠ࡋࡓࠋ ࡑࡋ࡚ὶࢀ᪉ࢆほᐹࡋゎᯒࡋࡓᡃࠎࡣࠊࡘ࠸◁ࡢὶື㦫ࡃࡁᛶ㉁ࢆぢฟ ࡋࠊࡉࡽࡣᆅᒙᙧᡂࡢ㘽ࢆᥱࡿ࣑ࣛࢼࡢ⏕ᡂ≀⌮ⓗ࡞ゎ㔘ࢆᚓࡿࡇ࡞ ࡗࡓࠋ ٴ৯ٴ ◁ࡢὶࢀ᪉ࡢ≉ᚩࢆヲࡋࡃㄪࠊᛶ㉁ࢆ᫂ࡽࡍࡿ ࡇࡇ࡛ࠊࡇࢀࡲ࡛ࡢᐇ㦂ࡼࡾ᫂ࡽ࡞ࡗࡓὶࢀ᪉ࡢ≉ᚩࢆ♧ࡍࠋ ≉ᚩ㸯 ◁ࡣᖖὶࢀ⥆ࡅࡿࡢ࡛ࡣ࡞ࡃࠊᒣࡢ㡬ୖ㏆࡛ࡋࡤࡽࡃ⁀ࡲࡗࡓࡢࡕࠊ ୍Ẽᩳ㠃ࢆࡾୗࡾࡿࠋ ‒≕ ఱࡶ࡞࠸ ⁀ࡲࡗ࡚࠸ࡿ ࡾ㝆ࡾࡓ ≉ᚩ㸰 ྠࡌࡁࡉࡢゅࡀఱᗘࡶ⌧ࢀࡿࠋ㸦⏬ീࡣ㸯ᅇࡢᐇ㦂ື⏬㸧 ٴઅٴ 59 ⛊ᚋ(36.87r) 68 ⛊ᚋ(36.98r) 102 ⛊ᚋ(36.98r) ᅗ㸯ࡽࢃࡿࡼ࠺ࠊ㛫ࡀࡓࡘࡘࢀ࡚ࡓࡲࡗࡓ◁ࡀࡾⴠࡕࡿࡲ࡛ ≉ᚩ㸱 ᚲせ࡞㛫ࡀቑ࠼࡚ࠊ㸯ᗘࡾⴠࡕࡿ◁ࡢ㔞ࡀቑ࠼ࡓࠋᅗ㸰ࡽࡶ◁ࡀࡾ ⴠࡕ࡚ࡽࡧࡓࡲࡗ࡚ࡾⴠࡕࡿࡲ࡛ࡀࡔࢇࡔࢇ㛗ࡃ࡞ࡗ࡚࠸ࡿࡇࡀࢃ ◁ࡀ≉ᚩ㸯ࡢస⏝ࡼࡗ࡚ὶࢀⴠࡕࡿ๓ࠊⴠࡕࡓᚋࡢゅᗘࡀ␗࡞ࡿࠋ ࡗࡓࠋࡇࢀࡣ◁ࡀࡓࡲࡿࡘࢀ࡚ᒣࡢᩳ㠃ࡢ㛗ࡉࡀ㛗ࡃ࡞ࡾࠊࡓࡲࡗࡓ◁ࡀ ὶࢀࡿ㊥㞳ࡀቑ࠼ࡓࡓࡵࡔ⪃࠼ࡓࠋࡶࡋࠊゅᗘኚ࿘ᮇᛶࡀ࠶ࡿࡍࢀࡤࠊ ࡑࡢ࿘ᮇࡣ㛫ࡶ㛗ࡃ࡞ࡗ࡚࠸ࡃࡔࢁ࠺ࡀࠊᅗ㸰ࢆぢ࡚࿘ᮇᛶࡀ࠶ࡿ ࡣࡣࡗࡁࡾ࠸࠼࡞ࡗࡓࠋ 85 ⛊ᚋ(38.54r) 86 ⛊ᚋ(32.74r) ٴෘହٴ ٴऽधीध০भୖٴ ୍ᗘୖࡢ᪉࡛ᑡࡋࡔࡅ⁀ࡲࡾࠊ࠶ࡿ⛬ᗘࡲ࡛᮶ࡿࠊࡑࡢ⁀ࡲࡗࡓ◁ࡀ ࣭ゅᗘኚ࿘ᮇᛶࡣぢࡽࢀ࡞ࡗࡓࡀࠊἼᡴࡘࡼ࠺ኚࡋ࡚࠸ࡿࡇࡀࢃ ୗࡢ᪉ࡾⴠࡕࡿࠋ㸯ᅇゅᗘࡀࡎࢀ࡚ࡶࠊࡲࡓᡠࡿࠊࡑࢀࡢ⧞ࡾ㏉ࡋࡔ ࡗࡓ ᅇࡣ௬ㄝࢆ❧࡚ࡓࠋ ࣭◁ࡢࡁࡉ࡛◁ᒣࡢࡘࡃࡿゅᗘࡀኚࡍࡿࡇࡀศࢀࡤࠊ◁₍ࡢ◁⢏ࡢ ࡁࡉࢆࠊ◁₍ࡢᒣࢆぢࡓࡔࡅ࡛ ࡿࡇࡀ࡛ࡁࡿࡶࡋࢀ࡞࠸ ্ٴ১ٴ ࣭◁ࡀࠊࡓࡲࡗ࡚ࡽὶࢀࡿࡇࢆࡗ࡚ᆅᒙෆࡳࡽࢀࡿ࣑ࣛࢼࡢᙧᡂࡢ㐣 㐨ල ⛬ࢆ⌧࡛ࡁࡿࡶࡋࢀ࡞࠸ ࣭᱈ᒣ㧗ᰯࡢᰯᗞࡢ◁ࡢ࠺ࡕ┤ᚄ 0.25~0.5mm ࡢࡶࡢ ࣭ࢁ࠺(㊊እᚄ 10mm) ࣭ࢡࣜࣝ〇Ỉᵴ(15mm300mm180mm) ࣭ࢹࢪ࣓࢝ ᪉ἲ ࢡࣜࣝ〇Ỉᵴࡢ୰₃ᩯࢆ⏝࠸࡚◁ࢆⴠࡋࠊࡑࡢᵝᏊࢆື⏬࡛ᙳࠋ ື⏬ࢆὶࡋ࡚ 0.5 ⛊ࡈ⏕ࢆṆࡋࠊ࡛ࡁࡓᒣࡢᗏ㎶ࡢ㛗ࡉ⏬㠃ୖ࡛ᗏ ㎶ࡽ 1.8 ୖࡢᩳ㎶ୖࡢⅬࡢ㛗ࡉࢆ ࡗࡓࠋ୕ゅ㛵ᩘࢆ࠸ゅᗘࢆィ⟬ࡋࡓࠋ - 13 - 粒状 現象 4班 住⼭恭平 ⾼橋育⽣ 変則的に⾒える 安息勾配⾓の変化の しかたを解明し、 砂の流れ⽅との 関係性についても 詳しく調べる 前川⼒⽃ 特徴１ 特徴２ 溜まって 59秒後(36.87°) 流れて 68秒後(36.98°) を繰り返している 102秒後(36.98°) 特徴３ 仮説 周期性 【periodicity】 ① 明らかに 同じ大きさの角度が現れる ② ①≠② - 14 - 砂が流れると⾓度が変わってゆく 元の⾓度へ ⾓度は初めの⾓度へ戻るように動く 300mm(横)×180mm(縦)×15mm(幅) (cm) 時間と底辺の⻑さの関係 18 16 14 ⾓度°=arctan｛1.8 /(下底－上底)｝ 12 10 8 6 上底 下底 4 1.8cm 2 (秒) 0 7 - 15 - 12 17 22 27 32 37 42 47 52 57 62 67 72 77 82 87 92 97 102 107 (度) 時間と⾓度の関係 42 40 まだこのグラフからは 周期性があるとは⾔い切れないが、 ⾓度が波状に変化していることを 突き⽌めることができた。 今後、この波をより詳しく調べれば、 隠れた周期性を発⾒できるかもしれない。 38 36 34 32 33゜〜39゜の間で変化 (秒) 30 7 12 17 22 27 32 37 42 47 52 57 62 67 72 77 82 87 92 97 102 107 安息勾配⾓ が⼩さい もし、安息勾配⾓が 粒度によって決まるならば、 砂⼭の⾓度を⾒ただけで、 その砂漠を組成している 砂粒の粒度を 測り知ることができる︕ 安息勾配⾓ が⼤きい 他にもある 粒状現象の 可能性 ラミナ ●ラミナの形成過程の再現 ●⼟砂災害時の危険箇所の予想 など - 16 - ５班 村井淳彦 田原嵩大 光速を測ろう！～現代版フィゾーの実験～ 坂本修哉 辻井陵大 岸本章太郎 藤村竜也 １ はじめに ４ 実験の結果 速さ（V）＝距離（ｌ）/ 時間（ｔ） この式を用いてこの世でもっとも速い光を桃山高校のス ケールで測ることにした。 その際、光が速く見えないため「物体の確認」 「正確な時 間測定」が課題となった。 ２ フィゾーの実験 ① 光の確認：回転する歯車 ② 正確な時間測定：１０⁻4 秒の精度（歯数７２０個、 １２．６回転/秒） 距離ｌ＝８６３３ｍ →学校で測定できない ３ 実験の方法 x-t 図の傾きは「速さ」に対応 →光速の測定結果は 3.1579×108 m/s ① 光の確認：レーザーポインターを点滅（自作） ＋受光器（自作） ② 正確な時間測定：10-8 秒の精度（オシロスコープ） 距離ｌ＝１００ｍ以下 →学校で測定可能 ５ 結果 実際の光速 ２．９９８×１０⁸ｍ/s フィゾーの実験の測定結果 ３．１３５×１０⁸ｍ/s ５班の実験の測定結果 ３．５８×１０⁸ｍ/s ６ まとめ フィゾーの実験の約１/200 のサイズで ほぼ同じ精度で光速を測定することができた。 参考文献 数研出版 - 17 - 課題設定１ 光速を測ろう！ 目的 ～ 現代版フィゾーの実験 ～ 仮説 村井 淳彦 坂本 修哉 藤村 竜也 この世で最も速い、 光の速さ（3.0×108 m/s）を測定する 距離 L [m] 時間 t [ s ] 速さ v = 田原 嵩大 辻井 稜大 岸本章太郎 [m/s] 光の速度も測れるはず！ 課題設定２ 過去の実験 鏡 フィゾーの実験（1849年）：地上で初めて光速を測定 速さを測定するためには 下記の工夫が必要 鏡 回転歯車 ①物体の確認 ②正確な時間測定 ハーフ ミラー ①目で確認 約8.6 km 光源 ②ストップウォッチ ①光の確認： 回転する歯車 ②正確な時間測定： 10-4秒の精度（歯数720個、12.6回転/秒） いずれも光では困難！ 距離Ｌ = 8633m ５班の実験 ５班の実験（2014年） ５班の実験詳細 鏡 測定器の様子 オシロスコープ オシロスコープ 受光器 凸レンズ 受光器（自作） 学校では測定できない！！ 凸レンズ ﾚｰｻﾞｰﾎﾟｲﾝﾀｰ（自作） 発振器 50 m以下 ①光の確認： ・レーザーポインターを点滅（自作） ・受光器（自作） ②正確な時間測定： 10-8秒の精度（オシロスコープ） 距離Ｌ = 100m以下 レーザー ポインター 学校で測定可能！！ - 18 - 発振機 ５班の実験詳細 実験の様子 往復距離L = 0 m レーザーの 発光信号 受光器 の 信号 遅延： 0.64 μs ・学校の渡り廊下で測定。 ・実際は夜に測定しました。 往復距離L = 30 m 往復距離L = １０ m 遅延： 0.72 μs 遅延： 0.67 μs 測定結果２ 往復距離L = ６０m 距離L － 遅延時間t グラフ 往復距離 Ｌ [m] 70 60 y = 315.79x ‐ 200.79 50 40 30 20 10 0 0.5 遅延： 0.83 μs 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 遅延時間 t [µs] x‐t図の傾きは「速さ」に対応 光速の測定結果は3.1579×108 m/s - 19 - まとめ 結果 ・実際の光速： 2.998×10⁸ ｍ/ｓ ・フィゾーの実験の測定結果： 3.135×10⁸ ｍ/ｓ ・５班の実験の測定結果： 3.158×10⁸ ｍ/ｓ フィゾーの実験の約１/２００のサイズで、 ほぼ同じ精度で光速を測定することができた！ 考察 下記を対策でより正確に測定できると考えられる。 ・測定距離をのばす。 ・受光器の性能（立ち上がり）を改良する。 - 20 - Ꮫᐇ㦂ࡢ࣐ࢡࣟࢫࢣ࣮ࣝ ⌜ ᱵཎ㬨భ ᑠ▼ၨ ⏣୰㍤ ㇂ཱྀ᪼ử ᒣ⏣ၨ┿ ᒣ୰㝣ᳰ 㸺◊✲┠ⓗ㸼 㸺ࢸ࣑ࣝࢵࢺᛂ㸼 㸯ᐇ㦂ჾලࡢࢫࢣ࣮ࣝࢆ㏻ᖖࡼࡾࡶᑠࡉࡃࡍࡿ ࠑࢸ࣑ࣝࢵࢺᛂࡣࠒ 㸰ヨ⸆⤒㈝ࡢ⠇ῶᗫᲠ≀ࡢᑡ㔞 ࣑ࣝࢽ࣒࢘ࡢ⢊ᮎ㓟㕲Ϫࡢΰྜ≀ࢆΰࡐ࡚ࠊຍ⇕ࡍࡿࡇࡼࡗ࡚㕲ࢆ⏕ᡂࡍ 㸱ヨ⸆ࡢᑡ㔞క࠸ࠊᨾ㜵Ṇᙺ❧ࡘ ࡿ㑏ඖᛂ࡛࠶ࡿࠋᛂ㠀ᖖ㧗 ࡞ࡾࠊࡑࢀࢆ⏝ࡋ⁐᥋࡞⏝࠸ࡽࢀࡿࠋ 㸲ᐇ㦂᧯సࡢ⡆␎ࡼࡿᐇ㦂㛫ࡢ▷⦰ ᅇࡣࡇࡢᐇ㦂ࢆ࣐ࢡࣟࢫࢣ࣮ࣝࡋᏳࡘపࢥࢫࢺ⾜࠾࠺⪃࠼࡚࠸ࡿࠋ 㸰$O㸩)H2΄Ѝ$O2΄㸩㸰)H 㸳㸯㹼㸰ேࡢಶูᐇ㦂ࡀྍ⬟࡛ࠊࢢ࣮ࣝࣉᐇ㦂ࡣ␗࡞ࡿᏛ⩦ຠᯝ 㸴㏻ᖖࡢᩍᐊ࡛ࡶᐇࡀྍ⬟ࡍࡿ ᚑ᮶ࡢᐇ㦂 ࠙‽ഛࠚ㓟㕲Ϫࠊ࣑ࣝࢽ࣒࢘⢊ᮎࠊ࣐ࢢࢿࢩ࣒࢘ࣜ࣎ࣥࠊ࣐ࢢࢿࢩ࣒࢘⢊ ᮎࠊࢁ⣬FPࠊFPࠊࢫࢱࣥࢻ࣐ࢵࣇࣝࣜࣥࢢࠊⓎ─ࠊ◁ࠊ 㸺⅖Ⰽᛂ㸼‒ ╔ⅆ⏝ࣛࢱ࣮ 㸺┠ⓗ㸼 ࠙᪉ἲࠚ ࣭ᐇ㦂⏝ලࡋ࡚ࠊ㌟㏆࡞ࡶࡢࢆྲྀࡾධࢀ࡚ࡳࡿ ࣭ ࡘ㸯ࡘ⾜ࡗ࡚࠸ࡓ⅖Ⰽᛂࢆ୍Ẽぢࡿࡇ࡛ࠊⰍࡢኚࢆẚࡽࢀࡿࡼ࠺ࡋ࡚ࠊ 㛫ࡢ▷⦰ࢆᅗࡿ 㸺୍⯡ⓗ࡞ᐇ㦂㸼 ‽ഛ≀㸸ⓑ㔠⥺㸦ᩘᮏ㸧 ࠊ࢞ࢫࣂ࣮ࢼ࣮ࠊ࣐ࢵࢳࠊPO ࣅ࣮࣮࢝ࠊヨ㦂⟶ࠊ ヨ㦂⟶❧࡚ࠊࡇࡲࡈࡵࣆ࣌ࢵࢺ 㸺ࡇࡢᐇ㦂࠾ࡅࡿၥ㢟㸼 ⃰ሷ㓟ࠊྛ✀㔠ᒓ࢜ࣥ 㸯ࠊ ⓑ 㔠 ⥺ ࡢ ඛ ࢆ ⃰ ሷ 㓟 ᾐ ࡋ ࠊ ࢞ ࢫ ࣂ ࣮ ࢼ ࣮ ࡢ ↓ Ⰽ ࡢ ⅖ ධ ࢀ ࡚ ⓑ 㔠 ⥺ ⅆⰼࡀ㣕ࡧᩓࡗ࡚ࡋࡲ࠺ࠋ‽ഛࡀኚࠋ 㸰ࠊ ࡽởࢀࢆྲྀࡾ㝖ࡃࠋ 㸺᪉㔪㸯㸼ࡣࡌࡵⓎ⏕ࡍࡿⅆⰼࡢ᪉ྥࢆୗࡋ࡚༴㝤ࢆῶࡽࡑ࠺ࡋࡲࡋࡓࠋ ⅖ࡢⰍࡀ↓Ⰽ࡞ࡿࡲ࡛ఱᗘ⧞ࡾ㏉ࡍ 㸺ᐇ㦂㸯㸼ࢭࣟࣁࣥࢸ࣮ࣉࡢෆഃ⢊ᮎࢆ╔ࡉࡏࠊ࣐ࢢࢿ ヨ㦂⟶ୗࡽ㸳ヨᩱỈ⁐ᾮࢆྲྀࡾࠊⓑ㔠⥺ࢆᾐࡋ࡚ࡽࠊ࢞ࢫࣂ࣮ࢼ࣮ࡢ ࢩ࣒࢘ࣜ࣎ࣥࢆࢭࣟࣁࣥࢸ࣮ࣉ࡛୧ഃࡽᣳࢇ ⅖ࡢ୰ධࢀࠊ⅖ࡢⰍࢆほᐹࡍࡿ ࡛Ṇࡵࠊୗࡽⅆࢆࡘࡅࡿࠋ 㸺⤖ᯝ㸼࣐ࢢࢿࢩ࣒࢘ࣜ࣎ࣥⅬⅆࡋࡓᚋࠊⅆࡀ⢊ᮎᒆࡃ 㸺᪉ἲ㸯㸼 ࡲ࡛࣐ࢢࢿࢩ࣒࢘ࣜ࣎ࣥࡀⴠࡕࡓࠋ 㸯ࠊࡓࡇ⣒㸵༊㛫ࡄࡽ࠸༊ษࡾࠊࡑࢀࡒࢀࡢ⟠ᡤ㔠ᒓ࢜ࣥࢆࡘࡅࡿ 㸺⪃ᐹ㸼ࢭࣟࣁࣥࢸ࣮ࣉࡀ⇕⪏࠼ࡽࢀ࡞ࡗࡓ⪃࠼ࡽ 㸰ࠊ୍Ẽⅆࢆࡘࡅ࡚ᛂࢆぢࡿ ࢀࡿࠋ ࢭࣟࣁࣥࢸ࣮ࣉ࡛ࡢᐇ㦂Ќ 㸱ࠊ⇞࠼ࡃ࠸ሙྜࡣࠊ࢚ࢱࣀ࣮ࣝࢆඛᰁࡳ㎸ࡲࡏ࡚ࡽⅬⅆࡍࡿ 㸺ᐇ㦂㸰㸼ᚑ᮶ࡢᐇ㦂ࡢࢁ⣬ࢆࡋ࡚㏫ࡉࡋࡓ≧ែ࡛ 㸺⤖ᯝ㸯㸼 㸺⤖ᯝ㸼ࢁ⣬ࡀ⢊ᮎⓎⅆࡍࡿࡲ࡛⇞࠼ᑾࡁ࣐ࢢࢿࢩ࣒࢘ ࡢᐇ㦂ࠋ ࣭࢚ࢱࣀ࣮ࣝ࡞ࡋ࡛ࡣࠊ࠺ࡲࡃ⇞࠼࡞ࡗࡓ ࣜ࣎ࣥࡈⴠࡕࡓࠋ ࣭࢚ࢱࣀ࣮ࣝࢆධࢀ࡚ࡶࡓࡇ⣒ࡢᙉᗘࡀࡶࡓࡎࠊࡕࡂࢀ࡚⅖ࡢ㐪࠸ࡀࢃࡽࡎࠊኻᩋࡋࡓࠋ 㸺⪃ᐹ㸼ⅆࡣᖖୖྥ࠸࡚࠸ࡿࡢ࡛࣐ࢢࢿࢩ࣒࢘ࣜ࣎ࣥࡀ ࣭ࡓࡇ⣒ࢆఱ㔜ࡶ㔜ࡡ࡚Ⅼⅆࡋࡓࡀࠊ⤖ᯝࡣኚࢃࡽ࡞ࡗࡓ ⢊ᮎᒆࡃࡲ࡛ඛࢁ⣬ࡀ⇞࠼ࡓ⪃࠼ࡽࢀࡿࠋ ㏫ࡉ࡛ࡢᐇ㦂Ќ 㸺᪉㔪㸰㸼ࢁ⣬ࢆ࠸ᤞ࡚ࡍࡿࡢ࡛ࡣ࡞ࡃูࡢᐜჾࢆࡘ࠺ࡇ࡛ᐜჾࢆ࠸ࡲࢃࡏ 㸺᪉ἲ㸰㸼 㸯ࠊࢫࢸࣜࣥ㓟ࠊ࣓ࢱࣀ࣮ࣝࢆ 20㸸1 ࡢྜ࡛ΰࡐࡿ㸦ࢫࢸࣜࣥ㓟ࡣ㖹࡛⁐ࡍ㸧 ࡿࡼ࠺ࡍࡿࠋ 㸰ࠊࢫࢸࣜࣥ㓟࣓ࢱࣀ࣮ࣝࡢΰྜ≀ࢆࢩ࣮ࣕࣞ 7 ࡘศࡅ࡚⛣ࡍ 㸱ࠊࡑࢀࡒࢀ㔠ᒓ࢜ࣥ㸦Li,Na,K,Ca,Ba,Cu,Sr㸧ࢆΰࡐࡿ 㸺ᐇ㦂㸯㸼ࢁ⣬ࡢ௦ࢃࡾヨ㦂⟶ࢆ⏝࠸ࡿࠋ 㸲ࠊࡑࢀࡒࢀࡢΰྜ≀ࢆ⥥Წ╔ࡉࡏࡿ 㸺⤖ᯝ㸼࣐ࢢࢿࢩ࣒࢘ࣜ࣎ࣥࡀ᭱ᚋࡲ࡛⇞࠼࡞ࡗࡓࠋ 㸳ࠊࢫ࣏ࣥࢪࢆᅵྎࡋ࡚⥥Წࢆࡉࡍ 㸺⪃ᐹ㸼⇞࠼࡚࠸ࡿ㏵୰࡛ヨ㦂⟶ࡢ㓟⣲ࡀ㊊ࡋࡓ⪃ 㸴ࠊⅬⅆࡋ࡚ᛂࡢᵝᏊࢆぢࡿ ࠼ࡽࢀࡿࠋ ㏻ᖖࡢヨ㦂⟶࡛ࡢᐇ㦂Ќ 㸺⤖ᯝ㸰㸼 㸺ᐇ㦂㸰㸼ᐇ㦂㸯ࡢヨ㦂⟶ࡣ㛗࠸ࡏ࠸࡛㏵୰ࠊ㓟⣲ࡀ ࣭ྠ⅖ࡢⰍࢆぢẚࡿࡇࡀ࡛ࡁࡓࠋ ⷧࡃ࡞ࡾ⇞࠼࡞ࡗࡓࡢ࡛ᐇ㦂㸯ࡼࡾᑠࡉ ᛂࡢᵝᏊЎ ࣭⥥Წࡸᤲ㝖⏝ࢫ࣏ࣥࢪ࡞ࢆᐇ㦂⏝ලࡢ௦ࢃࡾࡋ࡚ྲྀࡾධࢀࡿࡇࡀ࡛ࡁࡓࠋ⅖ࡀᑡࡋ ᙅࡃ࡚ぢ࠼ࡃࡗࡓࠋ ࠸ヨ㦂⟶ࢆ⏝࠸࡚ࡢᐇ㦂ࠋ 㸺⤖ᯝ㸼ṇᖖࢸ࣑ࣝࢵࢺᛂࡀ㉳ࡇࡗࡓࠋ 㸺ᚋࡢㄢ㢟㸼 ᐇ㦂ࡢ᪨ࢆࡑࡢࡲࡲࡼࡾ⡆␎ࡋࡓ࠸ࠋ ᕥ ࢝ࣝࢩ࣒࢘̿ᶳ ᑠࡉ࠸ヨ㦂⟶࡛ࡢᐇ㦂Ѝ 㸺ᚋࡢㄢ㢟㸼 ୰ ࣒࢝ࣜ࢘ ̿⣸ ᅇࡢᐇ㦂࡛ࡣᐜჾࡋᕤኵ࡛ࡁ࡞ࡗࡓࡢ࡛ࡢᡤࡶᕤኵࡋ࡚࠸ࡁࡓ࠸ᛮ࠺ࠋ ྑ 㖡 㸫㟷⥳ ࢸ࣑ࣝࢵࢺᛂࡀṇᖖ㉳ࡇࡗ࡚ࡶᛂᚋ㕲ࡀヨ㦂⟶ࡢෆഃ╔ࡋ࡚ࡋࡲ࠸ࠊᐜჾࢆ ࠸ࡲࢃࡍࡇࡀ࡛ࡁ࡞ࡗࡓࡢ࡛ᚋࡣᛂᚋࡢ㕲ࢆୖᡭࡃྲྀࡾฟࡍ᪉ἲࢆ⪃࠼ࡓ࠸ࠋ - 21 - 実験器具のスケールを小さくする 試薬、経費の節減と廃棄物の少量化 試薬の少量化に伴い、事故防止に役立つ 実験操作の簡略化し実験時間の短縮 １～２人の個別実験化 通常の教室でも実施が可能にする 梅原鴻佑 小石啓介 田中輝 谷口昇汰 山田啓真 山中陸椰 ＜目的＞ 実験用具として、身近なものを取り入れてみ る 1つ１つ行っていた炎色反応を一気に見るこ とで、色の変化を比べられるようにして、時間 の短縮を図る 白金線の先を濃塩酸に浸し、ガスバーナー の無色の炎に入れて白金線から汚れを取り 除く。 試験管に試料水溶液を取り、白金線を浸して から、ガスバーナーの炎の中に入れ、炎の色 を観察する １、たこ糸７区間ぐらいに区切り、それぞれの箇所に金属イ オンをつける ２、一気に火をつけて反応を見る ３、燃えにくい場合は、エタノールを先に染み込ませてか ら点火する ＜結果１＞ ・エタノールなしでは、うまく燃えなかった ・たこ糸を何重にも重ねて点火したが、結果は変わらな かった - 22 - ステアリン酸、メタノールを20：1の割合で混ぜる（ス テアリン酸は湯銭で溶かす） ステアリン酸とメタノールの混合物をシャーレ7つに分 けて移す それぞれに金属イオン（Li,Na,K,Ca,Ba,Cu,Sr）を混 ぜる ・同時に炎の色を見比べることができた。 ・綿棒や掃除用スポンジなどを実験用具の代わりとし て取り入れることができた。炎が少し弱くて見えにく かった。 ２Al＋Fe2O3→Al２O３＋２Fe 【準備】 酸化鉄(Ⅲ) 1.6ｇ、アルミニウム粉末0.6ｇ、マグ ネシウムリボン、マグネシウム粉末、ろ紙、スタンド、蒸 発皿、砂、ライター 実験の主旨をそのままにより簡略化したい。 さらに日常的なものを用いて実験してみる 問題点 火花が激しく飛び散る。 準備が大変である。 ※ 火花が飛び散ることがあるので、 周りに燃えるものを置かないようにすること。 発生する火花の方向を下にして危険を減らそうとした。 マグネシウムリボンに点火した後、火が粉末に届くま でにマグネシウムリボンが落ちた。 セロハンテープが熱に耐えられなかったと考えられる。 セロハンテープの内側に粉末を付着させ、マグネシウ ムリボンをセロハンテープで両側から挟んで止め、下 から火をつける。 - 23 - 従来の実験のろ紙に蓋をして逆さにして実験する ろ紙が粉末に発火するまでに燃え尽きマグネ シウムリボンごと落ちた。 火は常に上に向いているのでマグネシウムリ ボンが粉末に届くまでに先にろ紙が燃えたと 考えられる。 ・ろ紙を使い捨てにするのではなく別の容器をつかう ことで容器を使いまわせるようにする。 マグネシウムリボンが最後まで燃えなかった。 ・ろ紙の代わりに試験管を用いる。 燃えている途中で試験管の酸素が不足したと考えら れる。 ＜実験２＞ 実験１の試験管は長いため途中 で酸素が薄くなり最後まで燃えな かったので実験１より小さい試験 管を用いて実験。 正常にテルミット反応が起こった。 今回の実験では容器しか工夫できなかったので他の 所にも工夫施していきたいと思う。 - 24 - 身近なものでも、本来の実験と同様の結果を得ること ができることが分かった 自分たちの考え方や工夫だけでこんなにも変わるの だと気付いた 糖アルコールはキャラメル化を起こすのか ７班 森 明日香 小谷 文絵 杉本麻衣 はじめに 糖アルコールとは？ ・糖類に水素を添加して製造されるアルコールの総称とされている。 ・ソルビトールやキシリトールなどが例に挙げられる。 ・人工で製造される以外にも、果物や海藻類に含まれているものもある。 ・甘味を持つものがあり、低カロリー甘味料として使用されている。 ・また、保湿性が高く保存料としても使用されている。 キャラメル化とは？ ・糖類を１５０℃～２００℃で加熱すると黒褐色のカラメル状に変化すること。 ・プリンなどに使用されるカラメルソースやコーラの着色料が例に挙げられる。 研究目的 ・糖アルコールがキャラメル化しないとされているため、本当にキャラメル化しないのかどうか検証する。 実験 ・グルコース(C16H12O6) サッカロース(C12H22O11) ソルビトール(C6H14O6) キシリトール(C5H12O5) マンニトール(C6H14O6) エリスリトール(C4H10O6) ＊区別するため、糖類に下線を引いた。(以下同様) ・ドライブロックバス ・試験管 Ⅰ.使用する糖及び糖アルコール(それぞれ固体の白い粉末)を同量用意する。 Ⅱ.試験管に入れ、一定温度で加熱する。 Ⅲ.加熱中や加熱後の色やにおいの変化の様子を見る。 結果 ・加熱後の様子を以下の表にまとめた。 グルコース 180℃ 200℃ 褐色、 甘い匂い ソルビトール 薄黄色、甘い匂い キシリトール サッカロース 無色、 褐色、 匂い無し 甘い匂い 黒褐色、甘い匂い 薄黄色、甘い匂い 薄黄色、甘い匂い 黒褐色、甘い匂い 考察 ・加熱してもキャラメル化しないといわれている糖アルコールが 今回の実験で色が変わり甘いにおいがしたため、 糖アルコールもキャラメル化するのではないか。 ・加熱温度を上げることで、色の変化とにおいが大きくあらわれ たため、より加熱温度を上げることでキャラメル化した状態 に近づくのではないか。 今後 ・さらに加熱温度を上げられる装置や物体を用意し、実験を行う。 ＊現地点では、シリコンオイルが候補に挙げられている。 ・実験の効率化を高める。 - 25 - マンニトール 薄黄色、甘い匂い 黄色、 甘い匂い エリスリトール 無色、 甘い匂い 薄黄色、甘い匂い 糖アルコールについて ◆還元基を有する糖類にニッケル触媒下 を用いて、高温高圧下で水素添加により 還元して製造される鎖状多価アルコール の総称。 ◆甘味があるものが多く、小腸から体内 への吸収が悪くカロリーになりにくいた め、低カロリー甘味料として用いられる ものがある。 ◆Wikipediaでは、加熱しても褐色化や キャラメル化が起こらないとされている。 糖アルコールはキャラメル化 をおこすか？ 森 明日香 小谷 文絵 杉本 麻衣 キャラメル化のメカニズム 研究目的 ◆糖類が150～200℃で加熱されると、 単独に分解・重合し、黒褐色のあめ状 物質（カラメル）に変化する。 ◆Wikipediaの記載通り、糖アルコール がキャラメル化するのかどうかを検証 する。 キシリトー ル ソルビトール - 26 - グルコース ◆用意した糖と糖アルコールはすべて白い粉末状 の固体である。 サッカロース ◆糖である グルコース(C6H12O6) サッカロース(C12H22O11) 糖アルコールである ソルビトール(C６H１４O６) キシリトール(C５H１２O５) マンニトール(C６H１４O６) エリスリトール(C４H１０O６) を同じ量だけはかりとり、加熱し、様子を見る。 マンニトール エリスリトール 実験方法① 実験結果① 実験方法② グルコー ソルビ ス トール ◆それぞれ180℃、200℃で加熱した。 ◆加熱にはドライブロックバスを使用。 キシリ トール サッカ ロース マンニ トール エリスリ トール 180℃ 褐色、 薄黄色、 無色、 褐色、 薄黄色、 無色、 甘い匂い 甘い匂い 匂い無し 甘い匂い 甘い匂い 甘い匂い 200℃ 黒褐色、 薄黄色、 薄黄色、 黒褐色、 黄色、 薄黄色、 甘い匂い 甘い匂い 甘い匂い 甘い匂い 甘い匂い 甘い匂い ◆加熱途中、 ソルビトール、エリスリトールはヨーグルトのような 酸味のあるにおい、 マンニトールはガソリンのような 鼻につくにおいがした。 結果まとめ ◆糖であるグルコース、サッカロースは褐 色に着色し、温度が高いほど黒色に近づい た。 ◆ソルビトールは加熱中に、キシリトール、 マンニトール、エリスリトールは加熱後に 1週間放置した後、わずかに黄色に着色し た。 ◆キシリトール、エリスリトールは200℃ で加熱すると薄い黄色に着色した。 １８０℃ グルコース キシリトール マンニトール ２００℃ ソルビトール サッカロース エリスリトール 考察 ◆糖アルコールは、より温度を上げて 加熱することによって、キャラメル化 した状態になる可能性がある。 - 27 - - 28 - アルコールの過冷却 神谷京佑 石井祥 橘優心 細谷凌平 青木颯志 １はじめに ４実験 3 僕たちは授業で行った水の過冷却の実験よ エチレングリコールを塩と氷の混合物で冷 り、過冷却に興味を持ち過冷却する物質を 却する。 アルコールに変えて実験を行いました。 ・方法 同じアルコールで融点のわかっているエチ ２実験 1 レングリコール（－１３℃）を氷と塩の混 水を凍らせて、凍るという現象の定義を確 合物で冷却し、アルコールの凝固状態を確 認した。 認する。 ・結果 －２５℃まで冷却し、３０分間放置したの ち状態を確認したが凝固せず、液体のまま だった。 ・考察 実験の準備過程で不純物が混ざってしまい、 全く別の物質になったため、融点が変わっ てしまったのでは？ ３実験 2 ５実験 4 融点が不明な物質を凍らせる。 チオグリセリンをエタノールとドライアイ 今回はチオグリセリンを使う。 スの混合物で冷却する。 ・方法 ・方法 チオグリセリンを入れた試験管を液体窒素 実験２の結果をふまえて、チオグリセリン の入ったジュワー瓶に数分間入れ、その後 をエタノールとドライアイスの混合物でゆ の変化をみる。 っくりと冷却し、ガラス状態にならないよ ・結果 うにする。 ３分間冷却して－１７３℃まで温度を下げ ・結果 た。傾けてもチオグリセリンが動かなかっ －７５℃まで冷却したが凝固せず、前回と たので凍ったように思えたが、同じ無色透 は見た目は大きく違うが、とても粘度の高 明の水の凝固状態とは見た目が違っていた い状態であるガラス状態となってしまった。 ので、よく見ると多くの境界線が存在して おり、ガラス状態であることがわかった。 ・考察 今後の予定 ・凝固点がわかっているエチレングリコー ルの凝固を確認する。 物質を急激に冷やしすぎたためガラス状態 になったのではないか？ ・チオグリセリンをグリセリンの凝固実験 を参照して凍らせる。 - 29 - 研究目的 アルコールの過冷却 1. “凍る”とはどういうことか調べる 2. 融点の分かっていない物質を凍らせる 神谷 京佑、石井 祥、橘 優心 細谷 凌平、青木 颯志 実験１ 水の凝固 実験内容 ・水を凍らせて“凍る”という状態を確認する。 1. 水を凍らせる。 2. チオグリセリンを液体窒素で冷却する。 3. エチレングリコールを塩と氷の混合物で冷却 する。 4. チオグリセリンをエタノールとドライアイスの 混合物で冷却する。 実験２ 融点が不明な物質を凍らせる。 今回はチオグリセリンを使う。 ※チオグリセリンとは？ 無色透明でグリセリンの３つの水酸基(‐OH)のうち 1つがチ オール基(‐SH)に置き換わった構造となっている。おもにパーマ 剤として使われている。 チオグリセリンの構造→ 方法 チオグリセリンを入れた試験管を液体窒素の入った ジュワー瓶に数分間入れ、その後の変化をみる。 - 30 - 実験結果 ３分間冷却して－１７３℃まで温度を下げた。傾けてもチオ グリセリンが動かなかったので凍ったように思えたが、同じ 無色透明の水の凝固状態とは見た目が違っていたので、 よく見ると多くの境界線が存在しており、ガラス状態である ことがわかった。 考察 物質を急激に冷やしすぎたためガラス状態になったのでは ないか？ 実験結果 実験３ • －２５℃まで冷却し、３０分間放置したのち状 態を確認したが凝固せず、液体のままだった。 同じアルコールで融点のわかっているエチレン グリコール（－１３℃）を氷と塩の混合物で冷却 し、アルコールの凝固状態を確認する。 考察 実験の準備過程で不純物が混ざってしまい、全 く別の物質になったため、融点が変わってしまっ たのでは？ 実験結果 実験４ • －７５℃まで冷却したが凝固せず、前回とは 見た目は大きく違うが、とても粘度の高い状 態であるガラス状態となってしまった。 実験２の結果をふまえて、チオグリセリンをエタ ノールとドライアイスの混合物でゆっくりと冷却 し、ガラス状態にならないようにする。 - 31 - 今後の目標 • 凝固点がわかっているエチレングリコールの 凝固を確認する。 • チオグリセリンをグリセリンの凝固実験を参 照して凍らせる。 - 32 - ９班 薬を捨てないで!!! 中路 健斗 中川 真 野村 成 藤井 拓志 物部 憲尚 森川 和紀 1 はじめに 医薬品が自然界に流出したとき、環境にどのような 影響を与えるのか身近な医薬品を使って調べてみた。 今回は、サリチル酸やその誘導体を植物に投与し、 成長の違いを調べた。 チオ SA スルホ SA ③ ④ 2 サリチル酸について サリチル酸とは、身近な医薬品・化粧品に多く含ま れており、学校の実験室にもあり安価に供給可能な 薬品である。 図1 図2 5 結果 3 実験方法 薬品の溶液でカイワレダイコンを育て、長さを測り ・成長を阻害するものが多かったが、中には成長を 成長への影響を調べる。 促進するものもあった。 ①薬品を水で溶かし、リン酸 buffer で pH=6.5 ・長さだけでなく、葉の色が黄色かった。 に調整した。 6 考察 (濃度:1.0×10-3mol/L) ②脱脂綿をいれた容器内に、各溶剤を溶かした水 溶液を入れた。 ③市販のカイワレダイコンの種子を 10 粒セットした。 ④人工気象器に入れ、遮光下で栽培した。 図3 4 実験結果 図4 ・図 3 よりベンゼン環が２つ存在するサリチル酸の <図 1~4 について> ほうが１つのものより成長阻害の効果が高い。 ・図 4 より構造式に S が含まれているものは成長阻 発芽率 100% 害の効果が低い。 棒グラフは平均値・バーは標準偏差を示す 赤棒グラフ・リン酸 buffer は対照実験 ⇒環境への影響が危惧されるので、 薬の扱いには十分注意すべきである。 7 今後の予定 ・ベンゼン環が２つ存在する他のサリチル酸誘導体 をさらに研究する。 2-1-ナフト SA ① 1-2-ナフト SA ・今回使用したサリチル酸誘導体以外のものでも実 験する。 ② - 33 - 動機 薬を捨てないで!! 中路 中川 野村 藤井 物部 森川 医薬品が自然界に流出したとき、環境 にどのような影響を与えるのか調べよ うと思った。 健斗 真 成 拓志 憲尚 和紀 身近な医薬品を調べてみよう！！！ サリチル酸について 研究目的 身近な医薬品・化粧品に多く含まれて いる。 学校の実験室にもあり安価に供給可能。 実験① サリチル酸を使って、それぞれが植物 にどのような影響を与えるのか調べ る。 サリチル酸誘導体を使い、成長に違い があるか調べる。 実験方法① (ⅰ)水に元の薬品を入れ、炭酸水素ナト リウムを加え反応が終わるのを待つ。 (ⅱ)ビーカーの中身をろ過し、ホットプ レートで水分を飛ばす。 (ⅲ)ビーカーに残った粉を回収し実験に 使用する。 学校にある薬品の状態では水に溶けな い。⇒水に溶けるようにしよう！ 例 C₇H₆O₃+ NaHCO₃ → C₇H₅O₃Na + H₂O + CO₂ H Na - 34 - (cm) 14 12 10 8 6 4 2 0 実験② 実験方法② 薬品の溶液でカイワレダイコンを育 て、長さを測り成長への影響を調べ る。 (ⅰ)①で作った薬品を水で溶かし、 リン酸buffer でpH=6.5に調整した。 (濃度:1.0*10-3mol/L) (ⅱ)脱脂綿をいれた容器内に、各溶剤 を溶かした水溶液を入れた。 (ⅲ)市販のカイワレダイコンの種子を 10粒セットした。 (ⅳ)人工気象器に入れ、 遮光下で栽培した。 実験結果α 図１ (cm) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 n=10 結果 成長を阻害するものが多かったが、中 には成長を促進するものもあった。 長さだけでなく、葉の色が黄色かっ た。 図２ 実験結果β n=10 3-PhSA ナフトSA パモ酸 SANa リン酸buffer 考察① - 35 - ベンゼン環が２つ存在するサリチル酸 のほうが１つのものより成長阻害の効 果が高い。 図３ (cm) 12 考察② 10 8 構造式にSが含まれているものは成長 阻害の効果が低い。 O 6 O ONa ONa 4 OH OH 2 0 2‐1‐ナフトSA 1‐2‐ナフトSA リン酸buffer 図４ (cm) 16 14 考察（まとめ） ベンゼン環が２つ存在するサリチル酸 のほうが１つのものより成長阻害の効 果が高い。 構造式にSが含まれているものは成長 阻害の効果が低い。 O 12 NaSO3 10 ONa OH 8 6 4 環境への影響が危惧されるので、 薬の扱いには十分注意しよう!!! 2 0 チオSA スルホSA リン酸buffer 今回使用したサリチル酸 誘導体 今後の予定 ONa O ベンゼン環が２つ存在する他のサリチ ル酸誘導体をさらに研究する。 OH CH2 ONa OH SANa ナフトSA O O 今回使用したサリチル酸誘導体以外の ものでも実験する。 ONa 3-PhSA O N OH SH チオSA 2-1-ナフトSA スルホSA O ONa NH2 ニコチンSA アントラニルSA - 36 - O ONa O ONa パモ酸 O ONa OH 1-2-ナフトSA OH HO NaO ONa OH O フタルSA クロロSA 高分子による水浄化について 10班 木田祐希 木村友哉 笹田匠悟 考察 背景 図１より、 ・ポリグルタミン酸が最も低濃度まで下がった。 ・ペクチンは低濃度まで落ち切らないが、降下時間 が早い。 この両者の特性を“良いとこ取り”で両立させたい。 ：私たちは、ポリマー(高分子)を用いて水浄化を行う ことで、実際の有効性を確かめようと思った。 まず初めに、安価でコストの掛からない方法を見出す ために、最適な凝集材料を探ることから始めた。 実験１ 実験２ 準備物： ・メスシリンダー ・分光光度計 ・ビーカー 試薬： ・塩化鉄水溶液 ・ペクチン ・ポリグルタミン酸 ・アルギン酸ナトリウム ・納豆 ・ポリグルタミン酸とペクチン の配合する比率を変化させ る。（１：１と３：１） 実験手順は実験１と同じ。 実験結果２ 実験手順 ① 塩化鉄水溶液を熱水に入れ、水酸化鉄（Ⅲ）水溶 液を作る。 ② 水酸化鉄（Ⅲ）水溶液をメスシリンダーで希釈し、 濃度を0.250mg/Lにする。 ③ ペクチン、アルギン酸ナトリウム、ポリグルタミン 酸を別々に水に溶かし、濃度0.80g/Lの水溶液を ４つ作る。 ④ ②の水溶液を200mLビーカーに入れ、同じものを ４つ作る。 ⑤ ③の水溶液を40mL④のビーカーに別々に入れる。 ⑥ ⑤のビーカーから水溶液を⑤の１時間後、１日後、 ３日後、２週間後に25mLずつ量りとり、試薬を入 れ、分光光度計で水溶液中の鉄の量を測定する。 実験結果１ UV-mini 1240(島津) 図２ 最適薬品とその混合比の検討 考察２ ペクチンとポリグルタミン酸の混合比が１：３のとき、 凝集する速度が上がり、最終的な水酸化鉄の残存 量も減少した。 この結果より、最適な凝集剤を作ることができた。 ↑ポリグルタミン酸 ペクチン→ ポリグルタミン酸はグルタミン酸がペプチド結合 でつながっているだけです。これが水浄化に効い ているのでは？と考えています。 今後の予定 図１ 各種薬品を用いた場合のFeｺﾛｲﾄﾞ除去状況 ・実際の池の水の浄化に当該試薬を活用する。 ・メカニズム詳細を明らかにしたい。(手法検討中） - 37 - 目的 化学的手法で水浄化を行い、 実際の有効性を確かめたい ポリマーを用いた水浄化 ～高分子の底力～ 将来的には、自然浄化作用とドッキングし、 安価でコストの掛からない方法を見出したいが、 現時点ではまず、 木田 木村 笹田 実験コンセプト 最適な化学物質を探し出す 比較実験用溶液 ～凝集沈殿で汚水を分離する～ 凝析によく似た方法、凝集を使う ・汚れた水のモデルとして、Fe(OH)₃のコロイド溶液を作成 ポリマー(高分子)が入っている 綺麗な水 汚物 2nd ポリマーを加え撹拌し 粒子を固める 1nd 浮遊している コロイド粒子 3rd 沈殿、分離させる ～予備実験として～ 本実験１ ・Na₂SO₄により凝析 ペクチン(高分子：ミカン皮成分)による凝集を加えてみる ～身近な物質で同じように凝析できないか～ 完全分離成功！ １週間後 「凝析」の確認 3mL 23mL 23mL加えたときの方が透明度の高い上澄み液が得られた 透明な上澄み液が得られた(成功) ある一定量が必要であるが（モル比？）綺麗になった！ - 38 - 実験結果 考察 ～紫外可視分光光度計～ ～どう進めるべきか！考える～ アルギン酸Ｎａ 納豆粉 (食物繊維) (不純物有) vs vs ペクチン 綺麗にFe成分が降下していく グラフをここに載せる (ミカンの皮) vs UV-mini 1240（島津) ﾎﾟﾘｸﾞﾙﾀﾐﾝ酸 (納豆主成分) 水酸化Feコロイドが日増しに分離して濃度が低下していく ・ポリグルタミン酸が最も低濃度まで下がり、 水酸化Feコロイドに各水溶液を溶かし込み、 その沈殿状況を経時変化で追う！ ・ペクチンは低濃度まで落ち切らないが、降下が早い これを“良いとこ取り”で両立させたい 紫外可視分光光度計で分析を実施 再考察 再結果 再び考える！ ⇒迅速にFe成分を分離でき、 ⇒低濃度化できないか？ 見事、 ペクチン効果で下がるのも早く ポリグルタミン酸効果で 下がりきる濃度も低く add on ﾎﾟﾘｸﾞﾙﾀﾐﾝ酸 ＋ ペクチン (納豆主成分) というグラフをここに載せる (ミカンの皮) どの文献にも無い、 初の試み ☆ペクチン効果で下がるのも早く 一度、ポリグルタミン酸とペクチンを混ぜてみ る！この比率は “１：１” “３：１”でチャレンジ！ メカニズム考察１ UV-mini 1240(島津) ☆ポリグルタミン酸効果で下がりきった濃度も低く 両立できた。好適な汚水分離試薬が調整できた！ メカニズム考察２ ポリグルタミン酸（ポリグルタミンさん、polyglutamic acid, PGA）は、グルタミン酸を重合単位とするポリペプチドの一種 ペクチン (Pectin) とは、植物の細胞壁や中葉に含まれる複 合多糖類で、ガラクツロン酸 （Galacturonic acid）が α1,4-結合したポリガラクツロン酸が主成分である。 ☆納豆菌に含まれるポリグルタミン酸はグルタミン酸が ペプチド結合でつながっているだけです。 これが水浄化に効いているのでは？と考えています。 カルボキシキ基が関係？ - 39 - 今後予定 （済） Fe(OH)₃を使っての凝集 アルギン酸ナトリウム ポリグルタミン酸 ペクチン 実際の自然水を 凝集沈殿させる ことは可能なのか？ ①自然水の分離に チャレンジ！ ②ペプチド結合の効果の実験 牛乳に含まれるガゼインNa (ペプチド結合を多く含む） を使って凝集してみる 自然素材で 自然水を凝集 - 40 - 11 班 小川築 山中祥平 橘智之 田中祐輔 林翔太 東大貴 実験 2 研究動機 自分たちの「カルキを抜いた水道水にたくさんの 目的…自然の川にあるもので水槽内にバクテリア 魚を入れて飼うと数日で死んでしまった」という を住み着かせてアンモニアを分解する事が 経験について資料を用いて調べ、水質の変化によ 出来ないかを調べ、またどれを用いるのが るものだと知った。私たちはこの現象に興味を持 最も効率がよいのかを調べる。 ち、水質の変化の仕方と対策を実験によって調べ 方法…水槽を 8 つ用意し以下のものを入れ、一日 一回アンモニアと硝酸塩を計測し、これを 1 ようと考えた。 週間続ける。 水槽 A→水道水、タモロコ 予備知識（魚と水質の変化について） 「アンモニア排泄動物」である魚類は、自分たち 水槽 B→水道水、タモロコ、砂 にとって有害であるアンモニアを自ら排泄してい 水槽 C→水道水、タモロコ、泥 る。自然界ではアンモニアはバクテリアなどによ 水槽 D→水道水、タモロコ、石 って無害な硝酸塩に分解されるが、水道水ではバ 水槽 E→水道水、タモロコ、水草 クテリアが住み着きにくく 水槽 F→水道水、タモロコ、タニシ アンモニアが分解されないため、魚が死んでしま 水槽 G→木津川の水、タモロコ う原因になる。 水槽 H→木津川の水 結果…以下の通り 水槽 A→アンモニアは分解されなかった 実験１ 目的…水槽に入れる魚の数とアンモニアの増加に 水槽 B→アンモニアは分解された 水槽 C→アンモニアは分解されず、増加した は関係性があるのかを調べる。 方法…水槽を 4 つ用意し同じ量のカルキを抜いた 水槽 D→アンモニアは分解された 水道水を入れる。水槽 A にはカワムツを 1 水槽 E→アンモニアは６日目までは分解された 匹、水槽 B にはモツゴを 2 匹、水槽 C には 水槽 F→アンモニアは分解されたが、増加した タモロコを 3 匹入れて、一日一回アンモニ アを計測し、これを 2 週間続ける。 考察 （本来は同じ種類の魚で行うべきだが多く ･実験１より、アンモニアの増加とその耐性は、魚 の個体を集められなかったので違う種で行 の数よりも種類と関係が深いと考えられる。 った。） ･実験２より、水道水で魚を飼育する場合アンモニ 結果…アンモニアの増加は水槽 D（３匹）が最も アの増加を防ぐには、川から採ってきた砂か石 速く、２番目が水槽 A（１匹）、もっとも遅 を入れるとよい。また、泥やタニシを入れた場 いのが水槽 B（２匹）となった。水槽 D（0 合には逆効果となる。 参考文献 匹）では変化がなかった。 水槽 A のカワムツは４日目にアンモニア ･生物図録 が５㎎/l に達するとすぐに死んだが、水槽 B のモツゴ、水槽 C のタモロコは５mg/l 以上になってもしばらくは生存していた。 - 41 - （鈴木 孝仁 監修 数研出版） 研究の動機 カルキをぬいた水道水で、たくさんの 魚を飼うと死んでしまった ↓ 水質の変化が原因 ↓ 実験で変化の仕方と対策を調べる 水質汚濁と浄化作用の効率性 １１班 小川 東 山中 田中 林 橘 魚と水質の変化について 実験１ ＜目的＞ 水槽A（カワムツ） 水槽B（モツゴ） 水槽に入れる魚の数とア ンモニアの増加には関係 性があるのかを調べる。 水槽C（タモロコ） 水槽D 実験１ 実験１ 魚の数とアンモニアの増加の仕方は比例しな い アンモニアが５ｍｇ/Lに達するとすぐに死んでし まう種としばらくは生存できる種がいた ↓ アンモニアの増加とその耐性は、魚の数よ りも種類と関係が深いと考えられる - 42 - 実験２ 実験２ ＜目的＞ 水道水＋タモロコ＋砂 自然の川にあるもので水槽内にバクテリアを住 み着かせてアンモニアを分解する事ができない か、またどれが最も効率が良いのかを調べる。 水道水＋タモロコ＋タニシ 水道水＋タモロコ＋水草 水道水＋タモロコ 水道水＋タモロコ＋泥 木津川の水でも実験を行い、水道水で飼育し たときと比較する。 水道水＋タモロコ＋石 木津川の水 木津川の水＋タモロコ 実験２ 実験２ NO3⁻……増加している NH3……増加していない ↓ 早い段階でバクテリアが分解されている NO3⁻……増加していない NH3……増加している ↓ アンモニアが分解されていない 実験２ 実験２ NO3⁻……ほとんど増加していない NH3……激しく増加している ↓ 水質を保つには逆効果である NO3⁻……増加している NH3……増加していない ↓ 早い段階でアンモニアが分解されている - 43 - 実験２ NO3⁻……増加している 実験２ NO3⁻……増加している NH3……激しく増加している ↓ アンモニアは分解しているがそれ以上にタニシがアンモニアを排出してい る。 NH3……途中までは増加していない ↓ 途中でバクテリアが減少してしまった？ 実験２ NO3⁻……増加していない 実験２ NH3……増加していない ↓ 水質は安定してる NO3⁻……増加していない 実験２ NH3……増加していない ↓ 水質は安定している 今後の課題 ＜まとめ＞ ・実験１で、沢山の魚を用意し、種類を統一して実験を 行う。 水道水で魚を飼育する場合、アンモニア の増加を防ぐには川から採ってきた砂か石 を入れるとよい。また、泥やタニシを入れた 場合には逆効果となる。 ・実験２で、川の流れも水質を保っている要因である可 能性を考えて実験を行う。 ・実験２の水草を入れた水槽で、突然アンモニアが増 加した原因を解明する。 ・実験１と２で、魚にエサを与える回数を増やしてアンモ ニアの排泄を促し、さらに顕著に実験結果が表れるよう にする。 - 44 - プラナリアの再生能力 １２班 青山ゆう 淺野育美 池澤美季 髙岸佑季 １． はじめに プラナリアとは扁形動物門ウズムシ網ウズム目 ウズムシ亜目に属する動物の総称。体長５㎜～２５ ㎜、再生能力が非常に高い生物として知られている。 今回、用いたものは京都大学の阿形研究室から頂い たクローンの個体である。 ２． 実験 目的： 切断後のプラナリアが再生する期間は、温度 と切断の仕方に影響を受けるのか確かめる。 仮説： ①飼育温度が高いほど再生期間は短い。 ３． まとめ ②前後に切断した方が左右に切断するより ・温度の違いによる再生の速度 再生期間は短い。 ａ ２５℃＞２０℃＞１５℃＞３０℃＞１０℃ 実験の前に 温度が高い程再生が速い傾向があるが、高すぎ ① プラナリア飼育水（人工海水 0.005%）を一定に作る。 てもよくないことがわかった。 ・切断の方法による違い ② 切断の日を決める。 ③ プラナリアは何℃まで生きられるか確かめる。 プラナリアを前方部と後方部に切断した方が、 →実験の結果、３２℃が限界であるとわかった。 ｂ 右部分と左部分に切断したものより速く再生した。 観察方法 ① 前方部と後方部（10 匹ずつ）、左部と右部（10 匹 ずつ）にそれぞれ２分の１に切断する。 ４． 考察 ＊温度が高いほどプラナリアは速く再生した。 ②実験装置（インキュベーター、保冷庫）に入れ、温度を →「酵素の働きは温度が上がるほど活性化する。プ 一定に保つ。（０℃～３５℃までを５℃刻みに設定） ラナリア体内の酵素も活性化され再生も速い」と推 ③顕微鏡で毎日観察し、ノートに記録する。 測できる。しかし、実験よりプラナリア体内の ｃ 再生能力のステージ ＊酵素が活性化する温度には限度がある。 →「プラナリアが水温３０℃以上で死滅し、２５℃以上 の川に生息できない。」事から推測した。 ＊前方部と後方部に切断した方が、右部と左部に切 断したものより速く再生した。 →「切断面積が小さい。」事と「前後の切断は自然界 においての分裂の仕方と同じである。」事により、 再生しやすいと推測した。 ３． 結果 0℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ ３０℃ ３５℃ ５． 今後の課題 ステージ３になるまでにかかった日数 （日） 前方 後方 右部 左部 再生しない 再生しない 再生しない 再生しない 17 16 再生しない 再生しない 8 8 16 16 3 5 10 10 3 4 10 11 8 9 死滅 死滅 死滅 死滅 死滅 死滅 ・再生のステージを外見の再現性から再生能力を読 み取るのではなく、プラナリアの器官に注目して再実 験をする。（目・咽頭） ・プラナリアを切断する技術を磨く。 参考文献 - 45 - ： 切っても切ってもプラナリア プラナリアの形態分化 プラナリアのからだ プラナリアとは １２班 プラナリアの再生能力 青山ゆう 池澤美季 淺野育美 髙岸佑季 扁形動物門ウズムシ網ウズムシ目ウズムシ亜目 に属する動物の総称。 水質の良い河川池沼に生息する指標生物。 体長５㎜～２５㎜。 再生能力が非常に高く、体を切ると個体が再生。 ～動 機～ 以前より、切ると再生するプラナリアに興味を持ち、 川の中に生息するプラナリアの住みやすい温度環境はあるのか。 また、実際に飼育する時は何℃に保ち、 再生で増やすには何℃の設定が望ましいか気になった。 目 的 仮 説 Ⅰ実験の前に ①プラナリアの飼育水を一定に作る。 (人工海水０．００５％） 切断後のプラナリアの再生されるまでの期間 は何の影響を受けるか？確かめる。 ②切断の日を決める。 （5日間絶食させたプラナリアを使う。） 飼育温度が高いほど再生期間は短い。 前後に切断した方が 左右に切断した方より再生期間は短い。 ③プラナリアは何℃まで生きられるか？ 確かめる。（実験し３２℃が限界とわかった。） Ⅱ実験・観察方法 前方部と後方部、左部と右部、それぞれ２分の１に切断する。 実験装置（インキュベーター、保冷庫）に入れ温度を 一定に保つ。 保冷庫 インキュベーター - 46 - 前方部 ＊再生の様子＊ 後方部 - 47 - 死滅 まとめ ・温度 ⇒ 飼育水温が 温度の違いによる再生の速度 再生期間は短い 酵素の働きは温度が上がるほど活性化するので プラナリア内の酵素も温度が高いほど再生期間 も速い。 ２５℃＞２０℃＞１５℃＞３０℃＞１０℃ 温度が高い程再生が速い傾向があるが、高すぎても よくないことがわかった。 ３０℃は再生不可能、のちに死滅・・・ 切断の方法による違い ・切断の方法 酵素が活性化する温度には 前方部・後方部 ＞ 右部・左部 がある プラナリアが水温３０℃以上で死滅したので、 ２５℃以上の川に生息できないと推測。 ⇒ プラナリアを前方部と後方部に切断した方が、 右部分と左部分に切断したものより速く再生した。 今後の課題 再生のステージを外見の再現性から 再生能力を読み 取るのではなく、プラナリアの器官に注目して再実験をす る。 プラナリアを切断する技術を磨く。 前方部・後方部に切断した方が、 右部・左部に切断したより再生期間は短い 「切断面積が小さい」 「前方部・後方部の切断は、 自然界においての分裂の仕方と同じである」 以上より、再生しやすいと推測。 参考文献 「切っても切ってもプラナリア」阿形清和、土橋とし子 「プラナリアの形態分化」 手代木渉、渡辺憲二 「プラナリアのからだ」 森田倫雄 - 48 - ǯȞȠǷƷᨂမ ὼἁἰἲἉỊஜ࢘ỆஇࢍễỉẦὼᴾ ‣‥ ྰ㻌 ᮾ㻌 ె䞉Ọ⏣㻌 ⿱ె䞉ⱝᯘ㻌 㤶⳯Ꮚ㻌 ಒᙲ≝‒ 䜽䝬䝮䝅䛻ច䛛䜜䛯⚾䛯䛱䛿䚸䜽䝬䝮䝅䛾䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛸䜀䜜᭱ᙉ䛸ゝ䜟䜜䛶䛔䜛⪏ᛶ䛻䛴䛔䛶㟁Ꮚ䝺䞁䝆䜢⏝䛧䛶ㄪ䜉䜘䛖䛸䛧䛯䛜ㄪ䜉䜛௨๓䛻䜽䝬䝮䝅 䛜㞟䜎䜙䛺䛔䛺䛹䛾ၥ㢟䛜䛒䜚䚸䛭䛾ᚋ䛾ᐇ㦂䛷Ⓨ㏿ᗘ䛸Ỉ 䛻ཎᅉ䛜䛒䛳䛯䛣䛸䛜䜟䛛䛳䛯䚹 ⇕∄∆⇝↗↞≝ⱏ䛾୰䛺䛹䛻䛔䜛ᑠ䛥䛺⏕≀䛷⦆Ṍື≀䛻ᒓ䛩䜛䚹⇱䛧䛯≧ែ䛻䛺䜛䛸䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇䛸䛔䛖↓௦ㅰ䛾ఇ╀≧ែ䛻䛺䜚䚸㧗 䛛䜙ᴟప 䚸ᨺᑕ ⬟䚸᭦䛻䛿┿✵≧ែ䛻䜒⪏䛘䜙䜜䜛䜘䛖䛻䛺䜛䚹䛣䛾䜘䛖䛺㐣㓞䛺≧ែ䛻䛥䜙䛥䜜䛯ᚋ䛷䜒Ỉ䜢䛘䜜䜀䜃ື䛟䛣䛸䛜䛷䛝䜛䚹㻌 䜽䝬䝮䝅䛾⏕ែ䛻䛴䛔䛶䛿䚸᫂䛺Ⅼ䛜ከ䛔䚹㻌 㻌 ႸႎℲ≝‒ ႸႎℳᲴ 䜽䝬䝮䝅䛿⏕≀䛾୰䛷᭱ᙉ䛰䛸ゝ䜟䜜䛶䛔䜛䛣䛸䜢▱䜚䚸䛭䛣䛻ច䛛䜜䛯⚾䛯䛱 䛿䜽䝬䝮䝅䛜䛹䜜⛬ᙉ䛔䛾䛛䜢ㄪ䜉䜛䚹 ᭱ᙉ䛰䛸ゝ䜟䜜䛶䛔䛯䜽䝬䝮䝅䛜⡆༢䛻Ṛ䜣䛷䛧䜎䛖⌮⏤䜢᥈䜛䚹㻌 㻌 ˎᛟℳ≝‒ ˎᛟℲ≝‒ 䊠㻚䜽䝬䝮䝅䛜䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛻䛺䜛䛻䛿Ỉ䛰䛡䛷䛾Ⓨ䛷䛿㏿ᗘ䛜㏿䛟Ṛ䜣 䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛷䛿㟁Ꮚ䝺䞁䝆 10 ศ⛬ᗘ䛿⪏䛘䜙䜜䜛䛾䛷䛿䛺䛔䛛䚹 䛷䛧䜎䛳䛯䛾䛷䛿䛺䛔䛛䚹䊻Ⓨ䛾㏿ᗘ䜢㐜䛟䛩䜛䚹㻌 䊡䠊Ỉ 䛜㛵ಀ䛧䛶䛔䛯䚹㻌 ૾ඥℳ≝‒ ૾ඥℲ≝‒ ᚲせ䛺ᮦᩱ䠖㢧ᚤ㙾䚸䝡䞊䜹䞊䚸䝇䝫䜲䝖䚸䝢䞁䝉䝑䝖䚸䝅䝱䞊䝺䚸ⱏ䚸Ỉ ᚲせ䛺ᮦᩱ䠖㢧ᚤ㙾䚸䝡䞊䜹䞊䚸䝇䝫䜲䝖䚸䝢䞁䝉䝑䝖䚸䝅䝱䞊䝺䚸ⱏ䚸ᐮኳ㻌 䝉䝷䝭䝑䜽䝠䞊䝍䞊䚸 ᗘィ㻌 (1) ⁁䛻⏕䛘䛶䛔䜛䝁䜿䜢 5cm㽢5cm ⛬ᗘྲྀ䜛䚹 (1) ⁁䛻⏕䛘䛶䛔䜛䝁䜿䜢 5cm㽢5cm ⛬ᗘྲྀ䜛䚹 (2) 䝡䞊䜹䞊䛾୰䛻䝁䜿䛸Ỉ䜢ධ䜜䜘䛟䛛䛝ΰ (2) 䝡䞊䜹䞊䛾୰䛻䝁䜿䛸Ỉ䜢ධ䜜䜘䛟䛛䛝ΰ䛬䚸䝁䜿䛾䜏䜢ྲྀ䜚㝖䛟䚹 (3) ྲྀ䜚㝖䛔䛯䜒䛾䜢䝅䝱䞊䝺䛻⛣䛧㢧ᚤ㙾䛷䜽䝬䝮䝅䜢ぢ䛴䛡䜛䚹 䛬䚸䝁䜿䛾䜏䜢ྲྀ䜚㝖䛟䚹 (3) ྲྀ䜚㝖䛔䛯䜒䛾䜢䝅䝱䞊䝺䛻⛣䛧㢧ᚤ㙾䛷 䡚䊠䛾ሙྜ䡚 (4) ぢ䛴䛡䛯䜽䝬䝮䝅䜢Ỉ䜘䜚䜒Ⓨ䛾㏿ᗘ䛜 䜽䝬䝮䝅䜢ぢ䛴䛡䜛䚹 (4)ぢ䛴䛡䛯䜽䝬䝮䝅䜢䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛻 㐜䛔ᐮኳ䛻䛫䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ 䛻䛺䜛䛾䜢ᚅ䛴䚹 䛩䜛䚹 (5)䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛻䛺䛳䛯䜽䝬䝮䝅䜢㟁 (5) ᐮኳ䛾ୖ䛷䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛻䛺䛳䛯 Ꮚ䝺䞁䝆䛻ධ䜜䛶 10 ศ㛫ຍ⇕䛩䜛䚹 䜽䝬䝮䝅䜢ඖ䛾≧ែ䛻ᡠ䛩䚹ඖ䛾≧ែ䛻ᡠ䜚䚸 (6)ຍ⇕䛧⤊䜟䛳䛯䜽䝬䝮䝅䜢䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇䛛䜙ඖ䛾≧ែ䛻ᡠ䛩䚹ඖ䛾≧ែ䛻ᡠ䜚䚸 ື䛝ฟ䛧䛯䜙⏕Ꮡ☜ㄆ䚹 䡚䊡䛾ሙྜ䡚 ື䛝ฟ䛧䛯䜙⏕Ꮡ☜ㄆ䚹 (4)ඖ䛾Ỉ 䛛䜙 ᗘ䜢ᚎ䚻䛻ୖ䛢䛶䛔䛝䚸Ṛ䛼 ᗘ䜢ほᐹ䛩䜛䚹 ኽௐℳ≝‒ ኽௐℲ≝‒ 䊠䠖ᐮኳ䛾ୖ䛷䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛻䛺䜚䚸Ỉ䜢䛛䛡䜛䛸ඖ䛻ᡠ䛳䛯䚹㻌 㟁Ꮚ䝺䞁䝆䛾ᐇ㦂䛿䛷䛝䛺䛛䛳䛯䚹䛭䛾⌮⏤䛸䛧䛶䜽䝬䝮䝅䛜㞟䜎䜙䛺䛛䛳䛯䚹䜎 䊡䠖䕿䊻ᬑ㏻䛻ື䛟㻌 䖂䊻άⓎ䛻ື䛟㻌 䕧䊻ື䛝䛜㕌䜛㻌 㽢䊻Ṛ䛼㻌 㻌 䛯䚸ぢ䛴䛡䛯䜽䝬䝮䝅䜢Ỉ䛻ධ䜜 2 㐌㛫䜋䛹ᨺ⨨䛧䛶䛚䛟䛸Ṛ䛻䚸䛥䜙䛻䚸䜽䝸䝥䝖䝡 㻌㻌 䜸䝅䝇≧ែ䛻䛩䜛䛯䜑䛻Ỉ䜢Ⓨ䛥䛫䜛䛸䚸Ṛ䜣䛷䛧䜎䛳䛯䚹 㻟㻡㻌 㻠㻜㻌 㻠㻡㻌 㻡㻜㻌 䕿㻌 䕿㻌 䖂㻌 䕧㻌 㽢㻌 ಶయ 㻮㻌 䕿㻌 䖂㻌 䕧㻌 㽢㻌 㻙㻌 㻌 ᎋ‒≝Ⅎݑ 㻌 䛣䜜䜋䛹᭱ᙉ䛸ゝ䜟䜜䜛䜽䝬䝮䝅䛜䛣䜣䛺䛻⡆༢䛻Ṛ䜣䛷䛧䜎䛖䛣䛸䛜ศ䛛䜚䚸ᮏ ᙜ䛻᭱ᙉ䛺䛾䛛䛸ᛮ䛳䛯䚹 㻟㻜㻌 ಶయ 㻭㻌 ᎋݑℳ≝‒ 䜽䝬䝮䝅䛜䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛻䛺䜛䛻䛿௬ㄝ䛻❧䛶䛯䛸䛚䜚䚸Ⓨ䛾㏿ᗘ䜢㐜䛟 Ӌᎋ૨ྂ≝‒ 䛩䜛ᚲせ䛜䛒䜛䛸⪃䛘䛯䚹㻌 䜽䝬䝮䝅䛿䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛷䛺䛔ሙྜ䚸㻠㻡䉝䡚㻡㻜䉝䛷Ṛ䛼䛣䛸䛜ศ䛛䛳䛯䚹䜎 䜽䝬䝮䝅䠛䟿ᑠ䛥䛺≀㻌 㕥ᮌᛅ 䛯䚸㻟㻡䉝䡚㻠㻜䉝䛷άⓎ䛻ື䛟䛣䛸䛜ศ䛛䛳䛯䚹㻌 ↭↗↰≝‒ ‒ 䜽䝬䝮䝅䛿䜽䝸䝥䝖䝡䜸䝅䝇≧ែ䛷䛺䛡䜜䜀䚸᭱ᙉ䛸䛿ゝ䛘䛺䛔䚹㻌 - 49 - 苔の中などにいる小さな生物で緩歩動物に属 する。 乾燥した状態になるとクリプトビオシスという無代 謝の休眠状態になり、高温から極低温、放射能、 更には真空状態にも耐えられるようになる。 このような過酷な状態にさらされた後でも水を与 えれば再び動くことができる。 クマムシの生態については、不明な点が多い。 クマムシは本当に最強なのか クマムシは生物の中で最強だと言われている ことを知り、クマムシがどれ程強いのかを調べ る。 必要な材料：顕微鏡、ビーカー、スポイト、ピンセット、シャーレ、苔、 水 溝に生えているコケを5cm×5cm程度取る。 ビーカーの中にコケと水を入れよくかき混ぜ、コケのみを取り除く。 取り除いたものをシャーレに移し顕微鏡でクマムシを見つける。 見つけたクマムシをクリプトビオシス状態にする。 クリプトビオシス状態になったクマムシを電子レンジに入れて10分 間加熱する。 加熱し終わったクマムシをクリプトビオシスから元の状態に戻す。元 の状態に戻り、動き出したら生存確認完了。 - 50 - クリプトビオシス状態では電子レンジ10分程 度は耐えられるのではないか。 電子レンジの実験はできなかった。その理由 としてクマムシが集まらなかった。また、見つけ たクマムシを水に入れ2週間ほど放置しておく と死に、さらに、クリプトビオシス状態にするた めに水を蒸発させると、死んでしまった。 これほど最強と言われるクマムシがこんなに簡 単に死んでしまうことが分かり、本当に最強な のかと思った。 Ⅰ.クマムシがクリプトビオシス状態になるには 水だけでの蒸発では速度が速く死んでしまっ たのではないか。→蒸発の速度を遅くする。 Ⅱ．水温が関係していた。 最強だと言われていたクマムシが簡単に死ん でしまう理由を探る 必要な材料：顕微鏡、ビーカー、スポイト、ピン セット、シャーレ、苔、寒天 溝に生えているコケを5cm×5cm程度取る。 ビーカーの中にコケと水を入れよくかき混ぜ、 コケのみを取り除く。 取り除いたものをシャーレに移し顕微鏡でクマ ムシを見つける。 ～Ⅰの場合～ 見つけたクマムシを水よりも蒸発の速度が遅 い寒天に乗せクリプトビオシス状態になるのを 待つ。 寒天の上でクリプトビオシス状態になったクマ ムシを元の状態に戻す。元の状態に戻り、 動き出したら生存確認完了。 - 51 - 寒天の上でクリプトビオシス状態になり、水を かけると元に戻った。 ～Ⅱの場合～ クマムシのいる容器に水を入れ、元の水 温から徐々に水温を上げていき、観察し て死ぬ温度を見る。 個体A 個体B クマムシがクリプトビオシス状態になるには仮 説に立てたとおり、蒸発の速度を遅くする必 要があると考えた。 ◎→活発に動く ○→普通に動く △→動き が鈍る ×→死ぬ クマムシはクリプトビオシス状態でない場合、 45℃～50℃で死ぬことが分かった。また、 35℃～40℃で活発に動くことが分かった。 クマムシ？！小さな怪物 鈴木忠 - 52 - 30 ○ ○ 35 ○ ◎ 40 ◎ △ 45 △ × 50 × - クマムシはクリプトビオシス状態でなければ、 最強とは言えない。 また、今回の実験では個体数が少なく自分た ちの中で十分な実験ができないと感じたため、 さらに個体数を増やす必要があると感じた。 １４班 アリジゴクの研究 上田一郎 １ 松本佑真 木村一智 島野俊佑 田中克雅 南勇銘 概要 ウスバカゲロウ 実験② クロコウスバカゲロウ 実験方法 １ プラスチックのカップに２㎝砂を張る。 ２ アリジゴクをカップに張った砂に入れる。 アリジゴクとはウスバカゲロウ科ウスバカゲロウと ３ カップをスタンドに取り付ける。 いう虫の幼虫である。今回はこの２種類のアリジゴクを ４ スタンドにレフランプを取り付け砂の底面か ら１０㎝の高さに設置する。 用いて様々な実験を行った。 ５ ２ 実験目的 実験開始時点の砂の温度を計り、レフランプの 電源を入れて１分毎に砂の表面温度を計測した。 ６ アリジゴクは種類によって住む環境、好む環境にどの 温度の計測と同時にアリジゴクの熱に対する 反応を観察する。 ような違いが見られるのかを検証すること。 ７ ３ 実験 これを１０分間行い実験後のアリジゴクの様 子を観察した。 実験① 結果 実験方法 １ プラスチックのカップに２㎝砂を張る。 ２ アリジゴクをカップに張った砂に入れる。 ３ スタンドにレフランプを取り付け砂の表面から ウスバカゲロウ １０㎝の高さに設置する。 ４ クロコウスバカゲロウ 実験開始時点の砂の温度を計り、レフランプの電 源を入れて１分毎に砂の表面温度を計測した。 ５ ６ 上から 下から 上から 下から 上から 下から 上から 下から 上から 下から 上から 下から 0 19.7 20.1 19.9 19.9 15.8 18.1 22.4 22.4 16.9 18.4 17.2 16.9 1 20.1 37.1 20.2 40.1 15.5 37.6 21.4 36 17.1 33.3 17.6 32.6 2 19.8 44.7 20.3 46.2 15.7 43.5 21.3 42.9 17 36.4 17.4 43.4 3 20.4 47.3 20.3 51.4 15.8 45 20.9 46.6 17.4 43.6 17.4 46.6 4 20.5 56 20.9 54.4 16.8 52.8 20.8 49.1 18.4 46.4 17.3 52.9 5 21.1 56.6 21.5 55.7 18.1 53.4 21 49.3 19 51.3 20 56.4 6 21.8 57.9 22.8 63.8 20.5 57.6 21.9 52.8 20.9 51.3 20.1 55.5 7 22.8 56.3 23.3 64.2 21.6 59.1 22.4 56.8 22.3 53.1 21.7 59.4 8 23.4 59.8 24.1 64.6 23.7 60.5 23.2 59.6 22.8 54.1 21.8 61 9 26.8 63.6 25.5 69.8 25.4 61.3 23.4 60.8 24.8 56.1 23.8 62.6 10 25.5 62.6 26.4 69.3 25.9 62.3 24.3 60.8 23 57 23.9 62.9 生存状況 かろうじて生存 かなり上にいた 少し元気 すこぶる健康 かろうじて生存 健康 温度の計測と同時にアリジゴクの熱に対する反 ウスバカゲロウは 7 分を超えた頃から砂の動きが見 応を観察する。 られた。 これを１０分間行い実験後のアリジゴクの様子 クロコウスバカゲロウは 10 分間加熱しても動きが を観察した。 見られなかった。 結果 0 28.8 16.6 ウスバカゲロウ 28.8 27.8 28.8 クロコウスバカゲロウ 18.1 27.8 1 48.5 38 47.4 50.4 45.6 41.6 48.3 2 53.8 46.2 50.8 53.5 51.6 46.8 54.4 3 56.3 49.5 54.6 57.4 55.6 49.8 56.6 4 58.9 54.9 56.1 62.5 57.4 52.6 61.1 5 61 56.9 59.3 63.9 60.4 53.4 64.7 6 63.9 58.8 61.9 65.9 62.5 54.7 65.6 7 64.3 61.9 65 69.7 64.4 56.2 66.7 8 65.3 63.8 65.3 68.7 65.6 58.1 68 9 65.7 65.4 66.6 69.8 66.4 58.6 68.9 10 生存状況 66.6 其処から７ｍｍ 66.7 少し元気 67.3 死にかけ 69.7 其処から３ｍｍ 67.7 健康 60 健康 70.3 健康 ４ 考察 ・ウスバカゲロウの実験で砂の動きが見られたのは、ウ スバカゲロウが温度の低い方へ移動していると考えられ る。 ・クロコウスバカゲロウはウスバカゲロウに比べて熱に 対して高い耐熱性があると考えられる。 ウスバカゲロウは 30 秒〜3 分前に砂の動きが見 ５ られた。 クロコウスバカゲロウは 10 分間砂の動きが見ら れなかった。 結論 上記のことから、これか生息環境による違いだと考えら れる。すなわち、クロコウスバカゲロウは直射日光が当た り砂の温度が 60℃を超えることもある河原に生息してお り高い耐熱性を持つ。一方で、ウスバカゲロウは神社や崖 の下などの日陰にある涼しい環境に生息しているため耐 熱性が低い。 - 53 - アリジゴクとは？ アリジゴクの研究 １４班 上田一郎 松本佑真 木村一智 島野俊佑 田中克雅 南勇銘 アミメカゲロウ目ウスバカゲロウ科の 昆虫の幼虫です。 ウスバカゲロウ クロコウスバカゲロウ 神社の軒下や崖の下などの降雨の無い日陰の 砂地に生息している。 直射日光の当たる河原の砂地に 生息している。 実験 ウスバカゲロウ ：降雨のない日陰の砂地 クロコウスバカゲロウ：直射日光の当たる砂地 アリジゴクの熱耐性についての実験 アリジゴクは種類によって住む環境、 好む環境にどのような違いがあるの か。 実験（１） レフランプを上から照射 実験（２） レフランプを下から照射 対象として表面に光の当たらない下 からライトを当てる実験を行った。 - 54 - 実験方法（１） 仮説 １ プラスチックのカップに ２㎝砂を張る ２ アリジゴクをカップに張った砂に 入れる ３ スタンドにレフランプを取り付け 砂の表面から１０㎝の高さに 設置する ４ 実験開始時点の砂の温度を計り、 レフランプの電源を入れて１分毎 に砂の表面温度を計測した。 ５ 温度の計測と同時にアリジゴクの 熱に対する反応を観察する。 ６ これを１０分管行い実験後の アリジゴクの様子を観察した。 アリジゴクには高い耐熱性が あるのではないか。 結果（１） 結果（１） クロコウスバカゲロウ ウスバカゲロウ 80 80 70 70 60 60 温度(℃) 温度（℃） 上から１ 50 上から１ 40 上から２ 上から３ 30 上から４ 20 50 上から２ 40 上から３ 30 20 砂の動きが見られた 10 10 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 時間(分) 時間（分） 実験方法（２） 結果（２） １ プラスチックのカップに ２㎝砂を張る ２ アリジゴクをカップに張った砂に 入れる ３ カップをスタンドに取り付ける。 ４ スタンドにレフランプを取り付け 砂の底面から１０㎝の高さに 設置する ５ 実験開始時点の砂の温度を計り、 レフランプの電源を入れて１分 毎に砂の表面温度を計測した。 ６ 温度の計測と同時にアリジゴクの 熱に対する反応を観察する。 ７ これを１０分管行い実験後の アリジゴクの様子を観察した。 ウスバカゲロウ 80 70 60 温度(℃) 50 上から1 下から1 40 上から2 下から2 30 上から3 20 下から3 10 砂の動きが見られた 0 0 1 2 3 4 5 6 時間（分） - 55 - 7 8 9 10 考察 結果（２） クロコウスバカゲロウ 70 ・実験１で砂の動きが見られたのはウスバカゲロウが 砂の表面近くから底の方へ移動したためと考えられる。 60 温度（℃） 50 ・実験２で砂の動きが見られたのはウスバカゲロウが 温度の低い砂の表面近くに移動したためと考えられる。 上から１ 40 下から１ 上から２ 30 下から２ 20 ・クロコウスバカゲロウの実験はいずれの実験でも砂の 動きが見られなかった。それはウスバカゲロウが高い 耐熱性を持っているのではないのかと考えられる。 上から３ 下から３ 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 時間（分） 課題 結論 クロコウスバカゲロウは直射日光が当た り砂の温度が高くなる河原に生息してい るため耐熱性を持つ。 一方で、ウスバカゲロウは神社や崖の下 など日陰で涼しい環境に生息しているた め耐熱性が低い。 ・実験回数を増やしてデータの信憑性を上げる。 ・砂の中の細かい温度、温度変化を調べる。 ・整った実験環境の下で実験を行う。 ご清聴ありがとうございました - 56 - 緑の風について調べる １５班 倉元 村瀬 ～ヒートアイランド現象～ 藤原 吉村 ・ヒートアイランド現象とは 人口の集中や建物のコンクリート化などの要因から、 都市域が高温化する現象のこと。 ・研究動機 先輩が向島でヒートアイランド現象を調べた際に、温度が低い巨椋池から、温度が高い都市部に 向かって風が吹いた。しかしそれは宇治川の流れによる風が原因となったのではないかという疑 問がうまれた。そこで、宇治川の流れと逆方向の久御山において観測を行うことで、ヒートアイ ランド現象によって発生する水田からの風が証明できるのではないかと考えた。 実験Ⅰ ヒートアイランドがつくる風を調べる ・桃山高校の草地とコンクリートにて それぞれ気温、風向を計測する。気球を上げ、 どのような風が吹いているのか調べる。 ←測定の様子 結果Ⅰ 西 西 渡り廊下から中庭へ気球を上げた →中庭の日陰付近で下降した。 実験Ⅱ久御山のヒートアイランド現象を調べる 東 ↑実験1回目（青矢印） 東 ↑実験2回目（赤矢印） 結果Ⅱ ↑京都市内の温度図 （遠赤外線ランドサットによる撮影） 工場の屋根に飛んで いった。 推測 涼しい水田から温度の高い久御山AEONの 駐車場に向かって風が吹き込んで、ある高さ を越えると上空の風に流されると考えた。 ←上空から 見た巨椋池 まとめ 涼しい水田、畑から温度の高い工場地帯に向かって風が 吹き込んで、ある高さを超えると上空の風に流された。 久御山イオンの駐車場で上昇気流を予想していたが、結果は 久御山イオンの南側の工場に向かって風が吹いていた。 これは工場の屋根がより熱かったからだと考えられる。 これらから久御山でヒートアイランド現象が確認されたので、 先輩たちが行われた向島での実験でもヒートアイランド現象の 可能性が高いと分かった。 - 57 - １５班 ヒートアイランド現象とは 久御山の 人口の集中や建物のコンクリート化などの要因か ら、都市域が高温化する現象。 緑の風について調べる 倉元千亜希 村瀬歩実 藤原楓 吉村凪沙 気球の位置の求め方 向島 高 さ 高度角 水平距離 久御山 久御山 イオン 結果Ⅰ 実験Ⅰ ヒートアイランドがつくる風を調べる コンクリート 芝生（日向） 芝生（日陰） 44.1 28.7 25.8 桃高の草地とコンクリートにて 地面の 温度(℃) それぞれで地面の温度と風向を計測し、気球を上げ、 どのような風が吹いているのかを調べる。 気球の軌跡 渡り廊下から中庭のほうへと気球をあげた。 中庭の日陰付近で下降した。 中庭から渡り廊下のほうへと気球をあげた。 渡り廊下で上昇した。 - 58 - 結果Ⅱ 実験Ⅱ 久御山のヒートアイランド現象を調べる 水田から気球を上げ、都市部で上昇気流が発生しヒートアイランド現 象が起こっているかを調べる。 駐車場 畑 水田 水田 気温(℃) ３６．８ ３１．０ ３０．７ 畑 畑 畑 風向 トラックチャート 500 1600 450 400 350 1400 300 250 1200 200 150 100 Ｙ（ｍ） 標高（ｍ） 1000 800 50 0 -300 -270 -240 -210 -180 -150 -120 -90 -60 -30 -50 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 200 250 300 350 400 450 500 -100 600 -150 -200 400 -250 -300 -350 200 -400 -450 0 0 45 90 135 180 225 270 315 -500 360 Ｘ（ｍ） 風向(deg) 北 水田 水田 風向 トラックチャート 1800 700 630 560 1600 490 420 1400 350 280 210 140 1000 70 Ｙ（ｍ） 標高（ｍ） 1200 800 0 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 -70 0 -140 600 -210 -280 400 -350 200 -490 -420 -560 -630 0 0 45 90 135 180 225 270 315 360 -700 風向(deg) Ｘ（ｍ） 東 - 59 - 50 100 150 温度（高） 温度 （低） 温度（高） 観測地 まとめ 向島 久御山ジャンクション付近では巨椋池の水田から、久御山イ オン南側の工場へ風が吹いていることが分かった。これは、 温度の低い水田から温度の高い都市部へと強い風が吹いてい るからだと言える。 過去の向島における実験では、水田から向島ニュータウンへ の風なのか宇治川の風なのかを特定することはできなかった が、今回の久御山での実験を通して、ヒートアイランドの風 である可能性が確認された。 水田 久御山 畑 久御山 イオン ご清聴ありがとうございました。 - 60 - 小さな星をさがして ～夜空の明るさ調査～ １６班 岡本 紗耶加 山村 公佑 飯村 太郎 佐竹 太陽 佐々木 優斗 １ 南中時には最大で 4 等級の増光に達し、その後徐々に 減光しながらも、明け方まで増光が続くことから、満 月は広域的に夜空を照らしていることが分かった。 10 満月南中 12 等級 はじめに 同じ星空であっても、観測場所や天候等によって夜 空の明るさが異なり、その見え方は変化する(図 1)。 明るい夜空と暗い夜空では、肉眼で観測できる星の数 や色に違いを生じ、結果として天体観測に大きく影響 を与えることとなる。 そこで私たちは、月明かりや街明かりが夜空を明る く照らす影響について調査し、時間的・空間的な変化 について、定量的な評価を行った。 14 10月8日（晴/一時曇） 皆既月食中 16 18 20 基準日（快晴） 19:10 20:50 22:30 0:10 1:50 3:30 5:10 時間 (図 3)夜空の明るさ(等級)の時間変化 (図 1)同じ条件で撮影された京都市の夜空(左)と、木津川市の 夜空(右)。夜空の背景が明るくなることで、星が見えにくくな っていることがわかる。 ２ 観測の方法 (2)移動観測（街明りによる影響） 測定区間を５km 毎に区切り、測定値のヒストグラム を作成した(図４)。 京都市から離れるに従って、明 るい値が減少し、暗い値が増加していることが分かる。 このことから、街から離れるにつれて、街明かりの 影響が小さくなり、暗い夜空の割合が大きくなること が分かった。 暗い値 明るい値 (図 2)スカイクオリティメーター（SQM） 夜空の明るさ測定には、SQM(Sky Quality Mater)を 使用した(図 2)。これは、夜空の明るさを直接測定で きる装置であり、半値幅 10°の領域内における光エネ ルギーの総量を等級値で測定することができる。 (図 4)等級値のヒストグラム ４ (1)定点観測 桃山高校の屋上に SQM を固定し、9 月から 10 月の 約一か月間、一分間隔で測定を行った。 (2)移動観測 快晴かつ月の影響がない日に、京都市から郊外の 木津川市まで約 20km、SQM を車に固定し、移動しな がら 1 秒間隔で測定を行った。 ３ 結果と考察 (1)定点観測（月明かりによる影響） 図 3 は最も暗い日(基準日)と、皆既月食日のデータ を比較したものである。月食中は最暗日の値とほぼ重 なっていることから、月食時以外の時間帯で等級に影 響を与えているのは、月明かりのみだと考えられる。 まとめ 定点観測 ・満月の有無で最大４等級の増光 ・月明かりは広域的に空を照らす 移動観測 ・都心から離れるほど街明かりが減少 ・暗い夜空の見える地域が増加 ５ 参考文献 ・「光害対策ガイドライン」（環境省） ・「Sky Quality Meter-Lens SQM-LU-DL User manual」 ・「Unihedron Device Manager User manual」 ・「ｽｶｲｸｵﾘﾃｨﾒｰﾀｰによる夜空の明るさの長距離測定」 （越智信彰・米子高専） ・「SQM による光害調査ー夜空を見つめ続けてー」 （愛知県立一宮高等学校地学部） - 61 - 小さな星を探して ~夜空の明るさ調査~ １６班 岡本紗耶加 山村公佑 飯村太郎 佐々木優斗 佐竹太陽 夜空のバックグラウンドの明るさが異なる 夜空の明るさを決めるもの 星の明るさとは 1等星 等級 明るさを対数的に表す。 値が小さいほど明るい。 月明かり 2等星 5等星 1等級の差≒約2.5倍 街灯やビルの照明 研究目的 夜空の明るさに与える影響を調査 1等星 SQM(スカイクオリティメーター) 夜空の明るさの目安 場所 都市部 郊外 山間部 ケアンズ 完全な暗闇 20° SQM 領域内の明るさ || 夜空の明るさ - 62 - 等級値（目安） 16～17 18～19 20～21 20.3 22.0 研究の方法① 一ヶ月間の観測データ(9~10月) 10 ○定点観測 場所：桃山高校屋上 観測期間：平成26年9月～10月 等級 12 14 センサ 16 18 時間 20 日や時刻ごとに約5等級の変動 天頂方向を1分間隔で測定 最も暗い日のデータ 考察：月明かりの影響 10月18日(土) 快晴 月齢23.9 15 16 17 14 18 12 19 10 20 月あり（満月） 雲なし （快晴） 気温 等級 16 月なし（新月） 18 放射冷却 最暗日（基準日）と満月の日を比較 8 19:00 20:40 22:20 0:00 1:40 3:20 5:00 6:40 月や雲の影響がない基準データ 考察：月明かりの影響 10月8日皆既月食 10 月の出：１７時２４分 南 中：２３時５３分 月 齢：１３．９（満月） 天 候：晴れ（一時曇） 12 14 満月南中 皆既月食中 10月8日（晴/一時曇） 16 18 皆既月食：１９時２５分～２０時２５分 20 皆既月食時と月食後で比較 基準日（快晴） 19:10 20:50 22:30 0:10 1:50 3:30 5:10 月明かりの影響は広域的 - 63 - 研究の方法② ○移動観測 10月24日 天 候：快 晴 月 齢：0.2（新月） 時 刻：23時頃 測定間隔：1秒 考察：街明かりの影響 桃山高校 個数 Google.co.jp 桃山高校（京都市）から、南北を走る国 道24号線に沿って約20km測定 等級 まとめ(街明かりの影響) まとめ(月明かりの影響) 月なし(月食中) 京都市 京都市 満月(月食後) 木津川市 木津川市 －４等級 ・満月の有無で最大－４等級増光 ・月明かりは広域的に空を照らす ・都心から離れるほど街明かりが減少 ・暗い夜空の見える地域が増加 参考文献 ・「光害対策ガイドライン」（環境省） ・「Sky Quality Meter-Lens USB-Datalogger SQM-LU-DL User manual」 ・「Unihedron Device Manager User manual」 ・「スカイクオリティメーターによる夜空の明るさの長距離測定」 （越智信彰・米子高専） ・「ＳＱＭによる光害調査ー夜空を見つめ続けてー」 （愛知県立一宮高等学校地学部） 謝辞 自宅でのＳＱＭ観測にご協力いただき ました皆さん。ありがとうございました。 - 64 - 17班 サリチル酸系蛍光物質の応用 米田 瑠々花 大塚 美南 大橋 美緒 ○はじめに 実験（３） カイワレを蛍光させる ①新鮮なカイワレと二種類のサリチル酸系の溶 液を用意した。 ②カイワレの根を溶液にひたした。 ③紫外線を当て、カイワレが蛍光するかを観察 した。 サリチル酸系の物質が蛍光するということに 興味を持ち、あまり知られていない性質（特に溶 液のとき）を解明し、応用方法を探す。 ○実験 実験（１） 濃度の影響 ①サリチル酸系蛍光物質を数種類用意した。 ②濃度別の溶液をつくった。 ③紫外線を当て、それぞれの蛍光強度と色を比 べた。 実験（３）の結果 写真３のように、カイワレの全体が光った。 写真３ A サリチル酸Na B ナフトサリチル酸Na C 水 実験（１）の結果 写真１のように、濃度によって蛍光強度に差が あった。 A 10‐1 10‐2 10‐3 10‐4 10‐5 [mol/L] 実験（２） 溶媒の影響 ①サリチル酸系蛍光物質を数種類用意した。 ②溶媒の違う溶液をつくった。 ③紫外線を当て、それぞれの蛍光強度と色を比 べた。 実験（４）結果 紫外線を当てると写真４のように、蛍光するフィ ルムを作成することができた。 実験（２）の結果 写真2のように、溶媒によって蛍光強度に差が みられた。また色に変化があるものもあった。 あ い う え お か き く C 実験（４） 蛍光フィルムの作成 ①CMC糊（洗濯糊）と二種類のサリチル酸系の 溶液を用意した。 ②CMC糊（洗濯糊）に溶液を溶かし、ホットプ レートの上で乾かし、フィルムをつくった。 ③紫外線を当て、フィルムが蛍光するかを観察 した。 写真１ 写真２ B ＜溶媒＞ あ 水 , いDMSO う DMF え メタノール お アセトニトリル か アセトン き CHCIз , く 酢酸 写真４ ○まとめ ○今後の取り組み ◎濃度が高いほど蛍光が強いわけではなく、物 質によって適切な濃度があることがわかった。 ◎溶媒を変えることによって、色や蛍光の強度に 差が出る場合があることがわかった。 ◎植物が蛍光する様子を観察できた。 ◎蛍光フィルムの作成に成功した。 ○蛍光フィルムの具体的な活用方法の検討。 ○ゾウリムシを光らせてみる。 ○植物が光る様子を動画に撮り、その過程を調べる。 ○蛍光の強度を数値化して比べる。 ○その他応用方法を考える。 - 65 - 実験１ ①サリチル酸系蛍光物質の濃度依存性 サリチル酸系蛍光物質の応用 （あ）サリチル酸ナトリウム （い）ナフトサリチル酸ナトリウム （う ）３－フェニルサリチル酸ナトリウム 米田 瑠々花 大塚 美南 大橋 美緒 研究目的 サリチル酸系の物質が蛍光するということに興 味を持ち、あまり知られていない性質（特に溶 液のとき）を解明し、応用方法を探す。 上記の物質を使ってそれぞれ濃度別の溶液をつ くり、蛍光強度や色に違いがあるかを調べる。 仮説 溶液の濃度を高くするほど、蛍光強度は大きくな る。 （あ） サリチル酸 ナトリウム （い） ナフトサリチル酸 ナトリウム 10‐1 10‐2 10‐3 10‐4 10‐5 10‐6 [mol/L] ＵＶランプ：３６５nm照射 10‐1 10‐2 10‐3 10‐4 10‐5 [mol/L] ＵＶランプ：３６５nm照射 （う）3‐フェニルサリチル酸 ナトリウム 実験1－① 結果 10‐1 10‐2 10‐3 10‐4 10‐5 10‐6 [mol/L] ●物質によってそれぞれ適当な濃度があ り、濃度が高いものについては、 濃度消光が起こっていると考えられる。 濃度消光とは… 蛍光物質を含んだ溶液が、自分自身で蛍光を吸収する性質を もつことや、隣接する分子間でエネルギーの移動が起きること で、本来のエネルギー全部が外部に出てこないこと。 ＵＶランプ：３６５nm照射 - 66 - 実験１ 酢酸エチル メタノール アセトン エチグリ 酢酸 アセトニトリル DMSO（H体） DMF 水 （A）サリチル酸ナトリウム （B）パモ酸２ナトリウム （C）DHTP2ナトリウム DMSO （A）サリチル酸ナトリウム ②サリチル酸系蛍光物質の溶媒による影響 上記の物質を用いて、溶媒による蛍光強度と光の 色に変化があるかを調べる。 なお、各溶液の濃度は一律1×10‐3 mol/L とした。 仮説 溶媒による蛍光強度の変化はみられるが、 光の色に変化はみられない。 ＵＶランプ：３６５nm照射 ＵＶランプ：３６５nm照射 ＵＶランプ：３６５nm照射 実験２ 実験1－② 結果 ①カイワレの蛍光 カイワレの先をサリチル酸系蛍光物質に 浸け、どのように蛍光するかを観察した。 また、この実験では （あ）サリチル酸ナトリウム （い）ナフトサリチル酸 の二つの溶液を使った。 ●溶媒によって蛍光強度に差がみられた。 また、色の変化がみられるものもあった。 仮説 導管だけが光る。 - 67 - 酢酸 ＣＨＣｌЗ メタノール DMF メタノール 水 DMSO DMSO（H体） 酢酸 グリセリン エチグリ メタノール DMF DMSO 水 (え) 水 （C）DHTP2ナトリウム （B）パモ酸ナトリウム 蛍光灯 紫外線ランプ 実験２－① 結果 ●カイワレの全体が光った。 １時間後 (ぁ) (ぃ) (水) (ぁ) (ぃ) (水) 紫外線ランプ ②蛍光フィルムの作製 固体時 ＣＭＣ糊（洗濯のり）に、ＤＭＳＯに溶 かした蛍光体（あ、い）を混合し、そ の後ホットプレート上で乾燥させた。 仮説 紫外線を当てると光る。 ナフトサリチル酸 サリチル酸 ナトリウム ナトリウム 蛍光灯 実験２ 制作したフィルム[左] ろ紙[右] まとめ 今後の方針… 実験１ ○溶媒によって蛍光強度が変化するのはなぜかを 調べる。 ・今回用いた物質には、それぞれ適当な濃度があり、決して濃度の 濃いものほど強く蛍光するわけではないとわかった。 ○カイワレ以外の植物で観測してみる。 ・溶媒を変えることで蛍光強度に変化があり、また色も変化すること が、目視レベルでも確認することができた。 実験２ ○蛍光フィルムを発展させ、さらなる応用方法を考 える。 ・植物の根を水溶液に浸けることで、植物を光らせることができた。 ○ゾウリムシを蛍光させる。 ・CMC糊にサリチル酸系の物質を混ぜ、乾かすことで蛍光するフィ ルムを作ることに成功した。 - 68 - 自然の力を利用した水浄化システム 18班 The water purification system using power of nature 久志本実希 大迫理菜 笹倉直子 出口未菜 本多美優香 吉岡明日香 ～Our last purpose are able to drink this water～ 1．目的 水質汚染が問題になっているなかで、できるだけ 化学薬品を使わずに水を綺麗にする blank 2．予備実験 Zeolite+ 竹炭 ①酸を利用した浄化 Zeolite ①‐1．コーラ＋牛乳 ⇒牛乳に含まれる油脂と コーラに含まれる黒い 色素が分離 ①‐2．レモン汁＋牛乳 図３．紫外可視分光光度計 を用いたCOD計測 ⇒牛乳の油脂が分離した。 油分が混じる汚水ならば、 ⇒「酸を有効活用」すれば 油分を分離させ、取り除くことができそう！ 5．考察 竹炭で硬度が低下し、ゼオライトでpHの適正化、 CODの低下に成功したが、更に、CODの計測 原理から考えて、酸化剤(例えば塩素、H2O2等) を用いれば更に綺麗な水に浄化できるのでは ないかと考察。 ②ゼオライト・竹炭を利用した浄化 学校の中庭の池の水を煮沸しその中に ゼオライト、竹炭を入れて日々の水質の 変化をパックテストで測定 CODとは 3．予備実験の結果 9.5 200 ゼオ 硬度 硬 150 度 100 Ｔ Ｈ 50 Ｐ Ｈ の 変 化 竹炭 硬度 ( ） Zeolite 0 1 2 3 4 経過日数/Ｄａｙ 図１．硬度比較 5 ゼオ pH 竹炭 pH 9 KMnO4(赤色) 汚水(酸化性物質) 8.5 竹炭 8 汚水の酸化性物質と反応してKMnO4が減少 ⇒赤色が薄まることで計測出来る指標！ 7.5 1 2 3 経過日数/Ｄａｙ 6．本実験と結果 図２．pH比較 図１より）ゼオライトで硬度を低下させることに成功 図２より）竹炭でpHを適正化させることに成功 次に、紫外可視分光光度計を用いた実験を実施 ②セルに 入れて チューブを２本準備し、 ①石 ②砂 ③竹炭 ④ゼオライトを入れ、 更に片方には⑤塩素も 入れる。そして上から水を通し、出てきた水のpH、 COD、残留鉄、硬度を測定 200 ①zeoliteや活性炭 をお茶袋に入れて 汚水(池の水）に浸し、 ③UV (紫外可視 分光光度計) で分析 塩素ありの方が見事 COD、硬度、pHの全 てを低下させた！ (右図一例) 硬度 100 50 0 池の水 塩素なし 塩素あり 7．今後 4．COD結果 150 ～For the future of the human～ ・チューブの装置の改良 (更なる時間短縮化) ・他の方法で浄化 (更なる浄化向上を目指す) ⇒ex. ) お酢(酸)の有効活用 ゼオライトは“CODの低下も実現！” ⇒右上の図３参照 - 69 - 目的・狙い 実験１ 大気環境・水質汚染が叫ばれて 久しい コーラに牛乳を入れると分離する！ ⇒水を浄化するヒントになるのでは？ 【私たちの思い】 コーラと他の酸（レモン汁） も用いて実験 飲める(orそれに準じる)水を、 化学薬品を使わずにつくりたい 結果 ② レモン＋牛乳で ⇒牛乳に変化 ① ｺｰﾗ＋牛乳で ⇒透明な水溶液に変化 ＜油分が分離した(“もろもろ”して)＞ （黒い色素が分離） 【考察】ｺｰﾗの炭酸(酸性質)が牛乳中に均一 に混じっていたタンパク質と反応し、 凝集して沈降。その際にｺｰﾗの 黒い色素も一緒に沈殿。 【考察】檸檬の酸(ｸｴﾝ酸)が、牛乳中に均一 に混じっていたタンパク質と反応し凝集。 実験２ 得られた知見 ①冷蔵庫などで匂いを取る 「活性炭」を用いてみる タンパク質が混じっている（乳化している） 汚水であれば、 ②多孔質(穴が一杯あいた)zeolite を用いてみる 知見１ ③工業的に使われるｱﾙｶﾘ(塩基)を加えて、 水酸化物として沈殿させてみる “酸”を用いる事でそのタンパク質を 分離浄化出来そう まずは、①、②で実施することを決断 - 70 - 実験２ 結果(pH) zeolite 夏場に長期に渡り、取ってきた 池の水を使い続けるので、細菌 類を無くすべく煮沸 知見２ 竹炭 採取時、pH=9程度とかなり塩基性で あった池の水も、竹炭で改善 その後PackTest実施 ・pH、硬度TH等を計測 日々計測し、日数が経てば、活性炭やzeoliteで処理した水がど の様に綺麗に変化するのかを確認していった。 実験３ 結果(硬度TH) 狙い）有機物や容易に酸化される 金属類を正確にCOD計測したい 竹炭 Zeolite 知見３ 同様にzeoliteや活性炭 をお茶袋に入れて汚水 (池の水）に浸し、 Zeoliteの硬度低下効果は著しい！ セルに入れて UV計測を 実施した 実験４ 結果(COD) CODとは 知見４ ZeoliteはCODも低下させる！ （有機物質も処理可能か？） KMnO4を汚水の酸化性物質と 酸化還元反応させて減少した量を 計測する仕組み ⇒(減少量が少ないと汚染度は低い) 知見５ ならば、 少し弱いH2O2で汚水を酸化すれば良いかも ⇒H2O2を用いた実験 - 71 - CODとは 実験４ KMnO4(赤色) 結果 酸化剤のH2O2が残ったのと、泡が発生したため、 正確な値が計れなかった・・・ 汚水(酸化性物質) 汚水の酸化性物質と反応してKMnO4が減少 ⇒赤色が薄まることで計測出来る指標！ 知見５ ならば、 少し弱いH2O2で汚水を酸化すれば良いと考えた ⇒H2O2を用いた実験を実施 考察 実験５ ビーカーの底に沈殿が発生 狙い）今迄の実験を生かし、１つの装置にまとめる チューブ拡大 一方には 塩素も入れる 浄化作用がある？ チューブ下方 ④ｾﾞｵﾗｲﾄ ③炭 CODの値は変化した ②砂 チューブに ①石 ②砂 ③竹炭 ④ゼオライト 更に片方に⑤塩素を入れる CODを変化させる効果あり！ 結果 ①石 上から水を通し、出てきた水の pH、COD、残留鉄、硬度 を測定 考察・今後の予定 鉄：塩素を入れたほうが濃度が高い ⇒ｐHの値が低かったため 硬度：池の水より低下させることに成功した ⇒ゼオライトと竹炭は塩素にほぼ関係なく働く COD：“塩素有り”のほうが減少した ⇒塩素で酸化することができた チューブの装置の改良 他の方法で浄化 - 72 -