中学二年生のM子さんが習いに来ました。理科の問題です。

簡単に言うと、
　試験管の中に少量の水を入れます。それに二酸化炭素を入れます。ふたを閉めて、そして試験管を振ります。すると、ふたが抜けにくくなります。それはなぜですか、
　という問題です。

　答えは、二酸化炭素が水に溶けるからです。

　M子さんはそれがとても理解しにくいようでした。それで、僕は、図示もしながら、次のような説明をしました。

　ただ、空気を入れた試験管にふたを閉めたとする。すると空気が中に入っている。窒素や酸素などの空気だ。それらの気体が試験管の中でも飛び交っているんだね。だから試験管にぶつかったり、ふたにぶつかったりしている。試験管の外の空気も試験管やふたにぶつかっている。気圧だ。空気の圧力だね。

　その時は中と外は同じ力だ。試験管の中の空気が10の力でふたを押していて、外の空気も10の力でふたを押している。綱引きのようなものだ。引くのではなく押しているのだけどね。中と外の力が互角で動かない。そこにあなたが中の力の味方をして、抜く方向に力を加えると、つまりふたを抜こうとすると、難なく簡単にとれる。

　でも、二酸化炭素が水に溶けたとすると、試験管の中の気体の数が少なくなるでしょう。すると、試験管の気体がふたを押す力は弱くなるだろう。それで試験管の中からふたを押す力が５になったとする。試験管の外の気体がふたを押す力はさっきと変わらず10だ。
　外からふたを押す力の方が大きくなっているんだ。今、10対5の力だ。綱引きで外の方が強いんだ。

　その蓋をあなたが３の力で抜こうとしても、その蓋はぬけない。３の力を加えても10対8の力なんだから。５の力を加えてもまだ抜けない。同じだからね。6以上の力を加えてやっとふたが抜けるんだよ。

　このようにしてが、二酸化炭素が水に溶けて、試験管の中の気体の数が少なくなるとふたがぬけにくくなるんだよ。

　「よく理解できた」といっていました。

　今、面白い実験を思い出しました。僕が実際に会ったことはないのですが本で読んだものです。機会があったらやってみたいと思います。

牛乳ビンに熱いお湯を入れます。
しばらくふってからお湯を捨てます。
殻をむいたゆで卵を牛乳瓶の口のところに置きます。
ゆで卵は、ふつうサイズよりも小さいものを半熟程度にゆでます。
しばらくすると、何もしないのに、ゆで卵は牛乳瓶の中に吸い込まれていきます。

　この実験も、二酸化炭素が水に溶けた時のふたのとれにくさと同じ理屈ですね。
　たぶんこのゆで卵の実験が面白いと思います。できたらやってみたいです。

　このゆで卵の実験は「子どもに受ける科学手品77」にのっています。