ビール泡の半減期をしらべよう!放射性崩壊モデル

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図 iPadでビールの泡の様子を撮影

 放射性崩壊における経過時間と原子の数を調べることは、学校の実験室で観察することはできません。そこで私はビールを使って、泡の崩壊速度を測るモデル実験を行っています。ビールの泡はどのように減っていき、その半減期はどのくらいなのでしょうか。

なおこの実験は国際バカロレアの教科書「PERSON」に載っていたものです。その実験をよりわかりやすく、またグラフを作りやすくするためにタブレットを使ってみていますが、タブレットを使うことで実験自体がよりわかりやすくなりました。

ビールの泡の半減期はいかに!

今回用意したのは、ノンアルコールビールのオールフリーです。PERSONの教科書には、ビールで実験をするというように書かれていたのですが、一応安全上やトラブルのことも考えて、アルコールの入っていないもので実施しています。コーラなどの他の炭酸飲料ではだめなのか?と思うかも知れませんが、実はこれがダメなんです。ビールでないと泡が注いだと同時にすぐになくなってしまい、とらえることがなかなかできません。家庭でも簡単にできる、おすすめの実験です。

用意するもの

メスシリンダー、ビール、スマートフォンやiPad

方法

1 ビールをメスシリンダーに注いで、その様子をiPadの動画機能をつかって2分撮影します。

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図 ビールの泡の減り方の観察

2 iPadで撮影した動画を見ながら、動画を動かして、5秒毎にビールの液面の高さ(ml)を読み取り、記録します。

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3 最終的に泡がなくなったときの液面の高さを記録して、それぞれの高さから引き去り、泡の量をもとめます。泡の大きさはそれぞれ異なるので、どれだけの量の液体が泡になっていたのかを測定します。

図 泡の量の読み方

4 縦軸に泡の量(ml)、横軸に時間(s)をとって、グラフを作り、その様子を観察します。また半減期を求めてみます。

結果例

 次の図のように泡が指数関数のグラフになるのがわかります。

図 グラフにまとめた例

 泡の量が半分になる時間を調べていくと、ほぼおなじになっているのがわかります。そして泡が半分になる時間を読み取り、このグラフの式を考えていきます。この場合はほぼ19秒で半分になっていることがわかりました。

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図 数式

 この数式について、片対数グラフでも表してみました。

 ビールの泡の場合、ビールの種類、温度によって、半減期は違うようです。この実験を一つやるだけで、自然界で多く見られる指数関数的な変化を感じられたり、半減期の公式が身近なものに感じられます。

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