夏休みの自由研究にいかがですか?

(2022年07月19日)

 

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。

 

 

(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
(1)コップ5g5g
(2)コップ+砂(or水)318g224g
(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
元の砂⑵-⑴砂A 313g219g
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
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×1006.1%
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!

 

 

 

 

 

 

 

   
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