ペットボトル噴水実験器の仕組みを調べよう

ペットボトルの中で，ストローの先から水が噴き上がる「噴水実験器」を作って，その仕組みを調べてみましょう。材料は，５００mL炭酸系ペットボトル（キャップ付き）２本，６mmストロー２本などです。 キャップの材質はPP（ポリプロピレン）なので，普通のボンドでは接着できません。１個にプラスチック用ボンドをたっぷり塗り，背中合わせに接着します。隙間をボンドで埋めます。隙間があると，水がうまく噴き上がらないからです。１日おいて，完全に固着させます。キャップの裏の薄板が外せるタイプは，ラジオペンチで取り外しておきます。 接着したキャップに，ドリルで６mmの穴を２つ開けます。この時，穴がくっつかないようにするのはもちろんですが，縁から３mmほど離して穴を開けてください。 ストローが長すぎるので，蛇腹の方を少しカットします。端から２cmほどのところに，十字になるよう，千枚通しで４つの小穴を開けます。 キャップの２つの穴それぞれに，ストローの小穴が開いた方を差し込みます。きついので，鉛筆をグリグリねじ込んで穴を少し広げると，入りやすくなります。小穴が塞がっていないことを確認してください。 水を，１本のペットボトルの肩あたりまで入れます。ストロー２本を差し込んだキャップを，きつく締めます。このとき，接着部分が捻れないよう気をつけてください。２本のペットボトルをつないで完成です。 水が入ったペットボトルを上になるようにして置き，上のストローの先から水がピュッピュッと噴き上がれば成功です。 ５mmのストローがあれば，穴も５mmにして作ってください。カットする必要はありません。口径が小さいので，より可愛く噴き上がります。また，１.５倍ほど長持ちします。 この実験器を初めて見た人は，水が噴き上がることが不思議な現象だとは気づかないようです。そこで，小穴を開けていないストローで，もう１つ実験器を組み立て，比較しながら見せるとよいでしょう。 片方は水が噴き上がりますが，もう片方は水が上から下へ流れ落ちるだけです。この違いに気づいても，小穴は外から見えないので仕組みは分かりません。子どもの好奇心が俄然高まります。 種明かしとして，キャップ＆ストローセットを見せます。小穴の有無がポイントだと，すぐに気づくことでしょう。しかし，小学生では，謎解きはここまで。仕組みは，高校で学ぶベルヌーイの定理で説明できるレベルなのです。 上のペットボトル内の水は，ストローを通って下へ流れ落ちます。すると，下のペットボトル内では空気が水で押されて圧が高まり，もう１本のストローを通って上に移動します。空気の移動スピードは，細いストローを通るので速くなります（ベルヌーイの定理）。その通路には小穴が４つ開いています。速い空気の流れによって小穴から水が吸い込まれ，勢いに乗って上まで噴き上がります。これが噴水の仕組みです。 また，下のストローからは，泡が吹き出されます。これも，下へ流れ落ちる水流中に，小穴から空気が吸い込まれて起こる現象です。 水漏れや空気漏れがなければ，水は勢い良く噴き上がります。長いストローを使えば，１Lタイプの実験器を作ることもできます。 なお，キャップは，ペットボトルに付いていたものを使うようにしてください。ものによって微妙にネジ具合が違うようで，水漏れが起こることがあるからです。