注射器で空気をギュッ！ 目で見る「ボイルの法則」の実験
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
目に見えない「空気」ですが、実は私たちをいつも力強く押しています。もし、その空気をギュッと閉じ込めて、さらに押し縮めたらどうなると思いますか？ 今日は、そんな空気の「力（圧力）」と「大きさ（体積）」のふしぎな関係を探る、「ボイルの法則」の実験をご紹介します。お菓子の袋が山の上でパンパンになる、あの現象のナゾが解けるかもしれませんよ！
実験に使った道具たち
今回使ったのは、ナリカさんから出ている実験セットです。 セット内容としては、大きな注射器、圧力計、そしてそれらをつなぐゴムチューブが入っていました。シンプルですが、これで空気の秘密に迫れます。
実験スタート！ 空気をギュッと圧縮します
まずはセッティングです。注射器にゴムチューブをつけて、圧力計も接続します。 今回は、注射器の中の空気の体積が読みやすいように、50mlのメモリからスタートしました。
マニュアルでも50mlになっていたので、同じ条件ですね。
このスタート時点での圧力計のメーターは、およそ100kPa（キロパスカル）のところにあります。これは、私たちが普段生活している場所の大気圧（空気の重さによる圧力）とほぼ同じ値です。
ここから、注射器のピストンをグッと押していきます。 閉じ込めた空気の体積を小さくしていくと…予想通り、圧力計のメーターがグングン上がっていきます！
結果発表！圧力と体積の美しい関係
気圧が100kPaのとき（スタート時）、110kPaになったとき、120kPaになったとき…と、押す力を調節しながら、その時々の空気の体積をメモリで測定していきます。こちらが、そのデータをまとめたものです。
この数字だけ見てもピンと来ないかもしれませんが、これをグラフ（P-Vグラフと言います）にしてみると、驚くほど美しい関係が見えてきます。
どうでしょう！ この曲線、数学で習った「反比例」のグラフそのものですね。 つまり、「体積を半分にすると、圧力は２倍になる」という関係が隠れていたのです。
なぜ反比例になるの？
では、なぜこんな関係になるのでしょうか？ 空気は、目には見えませんが、たくさんの「空気のつぶつぶ（分子）」が飛び回っています。圧力が生まれるのは、このつぶつぶが注射器のカベにぶつかるからです。
注射器を押して体積（部屋）を狭くすると、どうなるでしょう？ つぶつぶが動き回れるスペースが減るので、カベにぶつかる回数が多くなりますよね。これが「圧力が上がる」ということです。 体積を半分にすれば、ぶつかる回数は単純に２倍になる。だから、圧力と体積はきれいな反比例の関係になるのです。これがまさに「ボイルの法則」です。
教室でのチャレンジ
この実験セット、とりあえず一つ買ってみたのですが、さっそく授業で生徒たちに体験してもらいました。 代表の生徒にピストンを押してもらったり、引いてもらったりしながら、みんなでメモリを読み上げ、記録をとって、グラフ用紙に点を打っていく…という作業です。
教科書で「反比例になります」と学ぶだけでなく、こうして「目で見て、手で感じて、グラフに描く」という体験を通して、空気の性質を実感できたようです。 簡単に法則を確かめられるので、これはぜひ各班に一つずつ欲しいな、と思っています。
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