2025年1月14日更新

【小学校の自由研究】”アナ雪のエルサ！？”水を一瞬で凍らせる科学実験

小学2年生になった娘の自由研究として過冷却水の実験に挑戦してみました！今年の自由研究は、こういうのもいいかも♡子どもと一緒に楽しめる「過冷却水」の実験方法をまとめました。

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「過冷却（かれいきゃく）」とは何なのか？！自由研究で使える不思議現象を解説

過冷却は、水が本来凍るはずの0℃以下の温度でも凍らずに液体のまま存在する、とても不思議な状態のことです。理科の自由研究にピッタリの、子どもたちの興味をひく現象なんです。

過冷却水は、純度の高い水を静かに冷やすことで、氷の結晶ができにくい状態を作り出すことができます。この状態の水は、ちょっとした刺激を与えると、衝撃を加えた部分から一気に凍り始めます。娘が言う通り、まるでエルサの魔法のような現象なのです♪

過冷却が起きる仕組み

通常、水は0℃で凍り始めます。でも、きれいな水を静かに冷やすと、氷の結晶の「核」となるものがないため、そのまま液体の状態を保つことができます。理想的な条件下では-10℃以下になっても液体のまま存在できるとされています。

過冷却現象は、私たちの身近なところでも見られるんですよ。例えば、冬の朝、車のフロントガラスに付いた氷を解かそうと水をかけると、溶かすどころかあっという間に凍ってしまう現象をみられることもあります。このような身近な現象を見たのを切っ掛けに、自由研究の題材探しに繋がることもあるかもしれませんね。

過冷却状態を作る手順

材料・必要な道具

① ペットボトル4本

② 水やジュース

③ 冷凍庫

実験方法

①4本のペットボトルに、それぞれ500ml、450ml、400ml、350mlの水を入れます。

②冷凍庫の温度を-18℃以下に設定し、ペットボトルを4時間ほど静かに寝かせて冷やします。振動を与えないように注意することが、実験成功のポイントです。ペットボトルの状態を確認し、どれか1本が凍り始めたら、他のペットボトルも静かに取り出します。

③冷蔵庫から静か～に取り出したペットボトルで、机を叩いたり、ペットボトルを軽く振ったり、容器に注いだりすることで、中の液体が一気に凍り始める様子を観察できます。

自由研究のまとめ方のコツ

自由研究のテーマが決まったけど、どうやってまとめればいいか迷うことってありますよね。そんな時、お子さんが困っていたら、こんな風にアドバイスしてあげてください。

「自由研究は、自分がやったことを順番に記録していくことが大切だよ。実験でうまくいかないことだって、大切な発見になることがあるんだ。例えば、なぜうまくいかなかったのか、次はどうしたらうまくいくかなどを考えてみる切っ掛けになるよ。実験で失敗したことも、正直に記録しておこうね」

具体的なまとめる方法も以下でご紹介します。

①テーマ
【例】「エルサみたいに氷を一瞬で作る秘密を探る！」「エルサの雪魔法実験」など

②なぜこのテーマを選んだのか
【例】「〇〇の現象を見て」「エルサの魔法のように、水を一瞬で凍らせることができるのか実験してみました。」など

③予想
【例】〇〇すると、〇〇になると思います。

④実験方法
【例】〇〇（材料・必要な道具）を使って、〇〇をしました。実験方法の手順 ①〇〇　②〇〇　③〇〇…

⑤実験結果
【例】「実験の結果、〇〇ということが分かりました。」など

⑥わかったこと
【例】この実験を通して、〇〇ということを学びました。

⑦感想
【例】実験は〇〇でした。〇〇ということに興味を持ちました。

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まとめ

さて、わが娘はきちんと実験できたのか？ですが、いっぱい失敗していましたが、娘から助けを求められるまで、私は静か〜に見守ることができました♡

自由研究に困っているママさんがいれば、「過冷却水の実験」はおすすめです！最後に、安全のため、子ども1人で実験する場合は、割れてしまう可能性があるガラス製の容器の使用は避けて、プラスチック製の容器（ペットボトル）などを使用するようにアドバイスしてあげてくださいね。