山頂でポテチの袋が膨らむのはなぜ?意外と大きい空気の圧力【大気圧】

目次

ポテチの袋が膨らむ理由は?

問題

この写真はどこで撮ったポテチでしょうか?

変なポテチだ!

うん、膨らんでいるね!

実は、このポテチ富士山の7合目(標高2700m)で撮ったものです!

このポテチを持って富士山を登ったけど、8合目(3020m)で袋が割れちゃいました。パンパンになりすぎちゃたようです。
ちなみに、富士山でこのポテチは写真撮ってもいいですか?って言われるくらい人気ものでした(笑)

さて、なぜポテチの袋は膨らんだのでしょう?理由を考えてみましょう!

中の空気が増えたのかな?

うんうん、それはいい考えですね。風船を例に考えると中に空気を入れれば入れるほどパンパンに膨らみますね。

でも、ポテチの袋を開けたわけじゃないから空気が増えることはありません

あ~そっか

ポテチの問題を解決するカギは“空気には重さがある”っていうことです。

重さがある??

不思議ですね。詳しく考えていきましょう!

空気の重さ

あまりピンとこないかもしれませんが、空気には重さがあります。

本当に??

はい、じゃあ簡単な実験をしてみましょう!

準備は簡単で、風船を1つ用意していて、膨らます前と後で重さを測るだけです!

簡単だ!

それじゃあ、質量を比較してみましょう!

(画像準備中 待っててね!)

膨らます前の質量は2.81g、膨らました後の質量は3.22gだったから+0.41g重たくなってます!

意外と重たいんだね♪

ね!空気は1Lで約1.3gの質量があるから、風船に入れると意外と重さが変わります。

大きな2Lのペットボトルの中だけでも2.6g、ティースプーン一杯ちょいの重さがあります。

ってことは私たちもこの空気の重さを常に感じているってことです!

ん?どういうこと?

例えば、寝転がっている状態で自分の上に誰かが乗ってきたら重たいよね。

そりゃね!

この時人が乗れば乗るほど、自分にかかる重さが大きくなるから苦しくなります。

ふむふむ

で、空気にも重さがあるってことは、私たちも空気の重さを感じながら生きているってことです。

別にそんなに重くないよね?

いいえ、めちゃ重たいんだ!空気の重さを体感してみよう!

空気にも重さがある

大気圧の大きさ

実験の方法は簡単で、下敷きにフックを取り付けたものを用意するだけです!

どっちも100均で用意することができるから簡単です。ただ、フックの粘着力が強いものを使わないと壊れちゃうから注意してね!

これを机の上に置いて、机にピッタリと密着させるだけです。

これを引っ張って取ってみてください!

簡単じゃない?

いいえ、そんなことはないんです。実験をしたムービーを見てみましょう!(これも用意中!)

ホントに取れないの!?

嘘だと思う人はやってみてください!絶対に取れません!

フックがなくても机の上にある下敷きは取りにくいよね。

確かに!

この実験でなんで下敷きが取りにくかったかというと、下敷きの上にある空気がのしかかっていたからなんです。この力を大気圧といいます

空気ってそんなに重たくないよね?

確かにそうなんですが、少しだと軽い空気と言えど、たくさんあればものすごい力になります

空と宇宙の境目は100㎞と言われていて、30㎞くらいまでは多少の空気があります。つまり、私たちの上30㎞分の空気が今この瞬間にものしかかっています!なんだか苦しい気がしてきますね(笑)

この時にかかっている圧力の大きさがあまりにも大きいから下敷きを持ち上げることができないってわけです。

どのくらいの力なの?

空気の重さは面ではたらくから、圧力〔Pa〕で表すよ。圧力について、まだ勉強してないor忘れちゃった~って人は↓の記事から勉強してね♪

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海水面(標高0mのところ)で物体にはたらく圧力は1気圧といい、数字で表すと1013hPa(ヘクトパスカル)です。

ヘクト?

ヘクト(h)は㎞のキロ(k)みたいに、単位の前につく補助単位ってやつです。キロが1000倍を表すように、ヘクトは100倍を示します。その他の補助単位の表はコチラの記事で学習してください♪

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つまり、1013hPa=101300Paってことです☆

1気圧は1013hPa

下敷きを簡単に取る方法

さて、問題です。さっき1013hPaもの力がかかっていて取ることができなかった下敷きも簡単に取る方法があるけど、なんでしょうか?

下敷きをズラす!!

大正解!下敷きを机からずらすと簡単に持ち上げることができます。

なんでだろ?

ポイントは大気圧は“全方向から”はたらくからです。

どういうこと?

さっきの下敷きが全然取れない状態は、こうでしたね。

この時は、上から大気圧がかかっているから持ち上げることができなかったんです。この時の大気圧を作図するとこうなります。

自分の上に空気があるんだから当たり前じゃない?

や、そういうわけじゃありません。大気圧は空気の重さって話をしたけど、上からのみはたらくわけじゃありません空気と触れている面すべてが力を受けます

例えば、下敷きを机から少しずらすと持ち上げることができるようになりますが、この時の大気圧を作図するとこのようになります。

下の面も大気圧を受けるんだ!

そういうこと!上からの力と下からの力が打ち消し合うから、簡単に下敷きを持ち上げることができるんです!

なるほどね!

大気圧は上だけじゃなく、全方向からはたらく

下敷きの実験はこれさえあれば簡単に行うことができます。興味があればやってみてください♪

気圧を測る道具

気圧を測る時は「アネロイド気圧計」を使います。

アネロイド気圧計はこのような装置です。

なんかでかいね

うん、昔はこんな道具を使って気圧を測っていたけど、最近はスマホのアプリでも簡単に測ることができるから、スマホを持っている人は試してみてください。

、、、じゃアネロイド気圧計いらんやん!

まぁね(笑)

ポテチが膨らむ理由

で結局なんでポテチは膨らんだの?

それじゃあ本題のポテチが膨らんだ理由について考えていきましょう!

最初に私たちもポテチも大気圧に耐えられるようにできているってことを頭に入れましょう!

どういうこと?

私たちの体はイラストのように大気圧を受けながら生きています。

このままだと私たちの体は大気圧によってペチャンコになってしまいます。

大変だ!

でも体がペチャンコにならないのは、体の内側から大気圧と同じ力で押しているからなんです。

なるほどね

ポテチの袋も同じように内側から押して形を保っています。

しかし、このまま富士山の上に持って行くと形が変わってしまいます。形が変わっちゃう理由は力のバランスが崩れるからです。

力の大きさが変わっちゃうんだ

そういうこと♪

ポテチの袋の中は密封されているから力の大きさは変わらないけど、山の上だと大気圧の大きさが小さくなるから、結果として内側から押す力のほうが強くなってポテチの袋が膨らみます。

なんで?

その理由はこの後解説します!

山の上は大気圧が小さくなるから袋が膨らむ!

高い場所だと気圧が小さくなる理由

なんで大気圧が小さくなるの?

それは、上にある空気の量が関係しています空気の重さ=気圧の大きさなんだけど、もちろんたくさん物が上に乗っている方が苦しいよね

空気も同じで、富士山の上と海水面を比べると、富士山の方が、上にある空気の量が少ないです。

イラストだとわかりやすいね。

ってことは気圧が小さいんだ!

そういうことです!山の上は、気圧が小さい⇒外から押す力が小さいってわけです。上に乗っている空気の量に注目してね!

山だと上にある空気が少ないから気圧が小さい
結果、そとから押す力が小さくなる

ポテチの中の力はそのままなの?

はい、ポテチは高度が低い場所で封をされているから、中身の気圧は山の上に持って行っても変わりません。

ってことは、ポテチの中身は1013hPa、外の気圧は630hPaくらいだから押し合いっこすると外側に広がるわけです。

じゃあ逆に山の上でポテチに封をして、下山したらポテチの袋はどうなるでしょうか?

正解は「へこむ」でした!
山の上で入れた空気の気圧は小さい⇒中から押す力小
下山すると気圧は大きくなる⇒外から押す力大
ってことでポテチの袋は逆にへこみます!

ちなみに、水圧も含めてイラストにするとこうです。

今回のまとめ

大気圧あらゆる方向からはたらく

1気圧=1013hPa

富士山の上は気圧が小さくなるから押す力が減ってポテチの袋が膨らむ

今回のまとめクイズ!

1気圧の大きさとして正しいのは?
1気圧はいくつ?
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次の学習も一緒に頑張ろうね!

次の学習

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この記事を書いた人

私立中・高一貫校の現役理科教員です。
専門は生物学で、中学・高校理科の教員免許を持っています。
子供のころ勉強に使っていた学習サイトを自分でも作りたくでトライし始めました!
理科の授業を「何度でもふりかえる」ことが出来るように、知識+思考力がつくサイトにしていくのでよろしくお願いします!

コメント

コメント一覧 (2件)

  • こんにちは。取得したままの教員免許でしたが、昨年から講師として働きだした者です。忘れていたいろいろを思い出したり、新しく加わった内容を勉強し直したりしながらの毎日の中、このサイトにたどり着きました。
    とてもわかりやすくまとまっていて、参考にさせていただいています。

    唐突なお願いで申し訳ないのですが、このサイトに掲載されている写真の何枚かを、
    授業の資料として使わせていただいてもよろしいでしょうか?
    プリントに載せて60名に配布するのみに使用することを考えています。
    特にここの山の上で膨れたお菓子の袋など、見せたくてもなかなかない写真を使用させていただきたいのです。

    本来ならコメントとして残すものではない内容ですが、メッセージの送り方がいまいちわからず、ここに書き込んでしまいました。申し訳ありません。
    何卒よろしくお願いします。

    • 返信遅くなり申し訳ございません。
      ぜひ活用していただければ幸いです!サイトのURLを貼って宣伝していただけるとなお喜びます(笑)

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