こんにちは。尾鍋組の大石です。
もうすぐ夏休みですね。今回は「土」を使った簡単な実験をご紹介します。
必要なものは100円ショップで揃うので夏休みの終盤になって、自由研究にお困りでしたらぜひ試してみてください。

 

【実験の目的】
土は「土粒子」「水」「空気」の３つの要素から出来ています。別々の場所で採取した土に対して、これらの3要素の割合を調べてみましょう。

 

【用意するもの】
・コップ　2個（同じ大きさの透明の使い捨てコップ）
・紙皿　1枚（砂を乾かす作業で使用）
・はかり
・コップ1杯分の砂と水
※砂っぽい土を使用した方が乾燥させやすいので、実験しやすいです。
※いろいろな場所の砂（砂浜、グラウンド、公園の砂場など）を比べてみるとよりいいです。
・定規みたいなもの（コップの上端で土を擦切るために使用）
・マドラーみたいなもの（土と水を混ぜるために使用）
・はけ

 

【実験手順】
（１）　コップの重さを量る。

（２）　用意した砂と水をそれぞれコップに満タンにして重さを量る。
砂を入れる時は、コップを少し高い位置から落下させて、隙間なく砂を入れ、最後にコップの高さに合わせて定規を使って擦切ります。

砂

 

水

 

（３）　計量した砂を紙皿に移し、電子レンジで乾燥するまで加熱する。
乾燥が甘いと結果に影響しますので、しっかり乾燥させます。※やけどに注意

乾燥前

 

乾燥後

 

（４）　乾燥した砂をそれぞれのコップに移し、重さを量る。
紙皿から一度ビニール袋に移して、ビニール袋の底の角をハサミで切り、その穴からコップに戻すとやりやすいかな。

水分が飛んで嵩が減ります

 

（５）　乾いた砂が入っているコップに水をゆっくり入れる。
このときマドラーでゆっくり混ぜながら入れると、全体に早く水が浸透します。

（６）　水を入れ終わったら、重さを量る。

 

 

 

（７）　計量結果をまとめて、採取した砂の3要素の重さや体積などを計算する。

【計量結果】

手順	重さ	砂	水
（１）	コップ	5g	5g
（２）	コップ＋砂（or水）	318g	224g
（４）	コップ＋乾燥した砂	300g
（６）	コップ＋水で満たした砂	399g

 

 

【計算表１　各状態での質量】

状態	計算式	砂	水
元の砂	⑵－⑴	砂A　313g	219g
乾燥した砂	⑷－⑴	砂B　295g
満水にした砂	⑹－⑴	砂C　394g

 

 

各状態の質量構成のイメージ図
（クリックすると拡大されます）

 

 

【計算表２　密度・含水比・間隙比】

	計算式	砂
乾燥前の砂の密度	砂A÷水の質量	1.43g/cm3
乾燥後の砂（土粒子）の密度	砂B÷土粒子当たる水の質量	2.45g/cm3
含水比	（砂A―砂B）÷砂B×100	6.1%
間隙比	間隙に当たる水の質量 ÷土粒子に当たる水の質量	0.83

水の密度＝1.0g/cm3です。そのため、使用した容器の体積＝219cm3です。
含水比：土の中の「水の重さ」と「土粒子の重さ」の比
間隙比：土の中の体積の内、「間隙（水と空気）の体積」と「土粒子の体積」の比

 

 

 

 

 

土粒子の密度は約2.5g/cm3です。乾燥前の砂の密度と乾燥後の砂の密度の差が小さければ、土粒子が多く、間隙比が小さくなります。

 

自然状態の土の含水比は、砂質土では5%～30%、粘性土では30%～80%程度です。土粒子の粒径が細かいほど大きな含水比を示します。

 

 

ではまた！