風船を引っ張ると熱くなる!?自宅でできる温度変化の不思議実験(サーモグラフィーの活用)

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

風船を引っ張ると、熱くなる。元に戻すと、冷たくなる。たったそれだけのことが、実は物理の核心と直結しています。今日は、自宅で今すぐできる実験を通して、「熱」と「エネルギー」の不思議な関係をのぞいてみましょう。

風船を引っ張ってみよう

自宅でもできる実験を紹介します。風船を1つ用意してください。そして顔につけたまま勢いよく風船を引っ張ります。

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何か感じませんでしたか?風船が熱くなりませんでしたか?また風船を伸ばした状態から元に戻して顔にあてると、今度は冷たく感じます。サーモグラフィーで撮った、こちらの動画をご覧ください。

サーモグラフィーで見ると一目瞭然

サーモグラフィーでみると、一目瞭然です。



引っ張ったときは、約40℃まで上昇しています。対して、元に戻したときは、

約27℃となり、室温(約28℃)と比べると1℃ほど低くなるようです。たった一本の風船がこれほど劇的に温度変化するとは、驚きですよね。なおサーモグラフィーはこちらを使いました。気楽に使えて便利です。

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なぜ熱くなり、冷たくなるのか?

この現象には、科学的な理由があります。風船のゴムを引っ張ると、加えた力学的エネルギーが熱エネルギーに変換されます。これは自転車のタイヤに空気を入れた後にバルブ付近が温かくなるのと同じ仕組みで、「断熱圧縮」と呼ばれる現象に近い効果です。逆に、引っ張ったゴムを一気に元に戻すと、今度はゴムが周囲から熱を奪いながら縮みます。

これが「断熱膨張」に相当し、温度が下がるのです。実は、この原理は冷蔵庫やエアコンの仕組みと根本的につながっています。冷蔵庫の中では、冷媒と呼ばれる物質が圧縮・膨張を繰り返すことで熱を移動させています。身近な風船の実験が、最先端の冷却技術と同じ物理法則の上に成り立っているというのは、なかなかロマンのある話だと思いませんか?

詳しくはこちらの記事もご覧ください。

風船がカイロに!?伸ばすと温かく、縮むと冷たい「ゴムと熱」の不思議な関係

ゴムの不思議:熱くなると縮む!?

もう一つ面白い話をしましょう。ゴムには、普通の金属や液体とは逆の性質があります。多くの物質は温めると膨張しますが、ゴムは温めると縮もうとする性質があるのです。これはゴムを構成する長い分子の鎖が、温度が上がるほど丸まろうとするためで、「エントロピー弾性」と呼ばれています。ゴムという一見シンプルな素材の中に、こんなに奥深い世界が広がっています。温度の不思議、ぜひ試してみてください。風船一つあれば、今日からあなたも立派な実験家です。

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