紫外線ライト、別名ブラックライトを使った自由研究をする人が年々増えています。
太陽光で紫外線の実験をしてレポートを書くのとは一味違ったものになりますし、何よりうれしいのは時間がかからないことです。
実際に紫外線ライトの性質は日常の様々な場面で使用されているので、自由研究の課題としても相応しいものでしょう。
今回は紫外線ライトを使った自由研究の方法について紹介します。
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紫外線についての基礎知識
実際に実験に入る前に紫外線について簡単にまとめておきます。
◆紫外線とは
ＵＶ(ウルトラヴァイオレットの略)とは可視光線よりも波長の短い光(電磁波)の総称のことです。
この紫外線の中にも波長によって３種類に分類があります。
・ＵＶ－Ａ
波長：320～400nm(ナノメートル)くらい
性質：日焼け作用があり、近紫外線、生活紫外線とも呼ばれる
・ＵＶ－Ｂ
波長：280～320nmくらい
性質：ビタミンＤの生成に必要だが、強い日焼け作用、紅斑作用がある
・ＵＶ－Ｃ
波長：100～280nmくらい
性質：殺菌線とも言われますが、紅斑作用、皮膚への障害がある。
この性質は日焼け止めなどのスキンケア商品などにも記されているので知識を持っている人もいるでしょう。
このブログの記事
中学 理科の自由研究 紫外線測定 バナナを使った裏技集！ではバナナを使用した紫外線の実験について採り上げましたが、それは紫外線による日焼けの影響を調べる方法でした。
今回は紫外線が日常の生活にどのように使われているのか？と言うものがメインになります。
紫外線ライトを使った自由研究の進め方
紫外線ライトを使った実験はあらかじめ何かを予測して、実際に実験の結果と比べて見るという事ができません。
ライトを対象物に当てて見て、起こったことについて観察、考察をするという方法で実験を行います。
例えば普通の理科の実験では
①研究の動機
②研究の目的
③研究の方法
④研究の結果
⑤結果と考察
⑥反省と感想
と言う順序でレポートをまとめるのですが、⑤の結果と考察では予想を立てるのが難しくなるため実際の結果と比べるのがかなり難しくなります。
そこで、結果に対する考察、「なぜそうなたのか？」この結果は日常の何に結びつくのか？、または利用されているのか？と言う部分を深く掘り下げます。
この順序に従って例を挙げてみましょう。
◆モンシロチョウが雄と雌をお互いに見分けられるのは何故か？
①蝶は外観的な差異が雄雌でそれほど違わない物が多いから
②蝶を観察して、雄雌をどうやってお互いに見分けるのかを明らかにする
③１…、２…、３、紫外線ライトを羽に当てて見る、
④紫外線ライトが当たった羽の見え方が雄と雌でちがう
⑤モンシロチョウの視覚は紫外線を見分けられるのではないか？
⑥蝶を捕獲するのが難しかった、ほかの蝶ではどうなのか実験できなかった。
③ではいくつかの思いつく方法を挙げて、その中の一つに紫外線ライトを当てると言うものを加えました。
⑤ではあらかじめ結果を知っていれば上手くいったのかどうかわかりますが、どのような結果になるかわからない場合は仮説も立ちにくいものです。
そんな時は雄と雌で差異が確認できた結果から推測して考察します。
実際に紫外線に当たるとオスは黒く、メスはそのまま白なので一目瞭然なのです。
さらに言うと雄と雌では肉眼でも羽の色に少し違いがあるので人間には識別可能なのです。
自由研究の題材によっても掘り下げる物を多少変えて行く必要があります。
レポートのまとめ方についてはこのブログの記事
休みの自由研究 中学校理科のレポートはこう書く！を参考にしてみてください。
では紫外線ライトを使った実験についてです。
バナナに紫外線ライトを当てる自由研究
今回もバナナに登場してもらいます。
日焼けの実験の時のように変化が出るのに時間がかかることはありません。
◆用意するもの
・黄色い普通のバナナ
・まだ青いバナナ
◆実験の方法
部屋を暗くして、それぞれに紫外線ライトを当てます。
そして日にちがたち、黄色いバナナが黒く斑点が出てきてからもう一度、紫外線ライトを当てます。
◆結果のネタバレ
バナナに紫外線ライトを当てるといずれも青色蛍光を発しているのですが、違いは次のようになります。
・黄色いバナナは黄色いほど明るく青色発光する
・青いバナナは黄色いバナナほど青く光らない
・黒く斑点のあるバナナは斑点の回りがより明るく光っている。斑点そのものは暗い。
◆その理由は？
バナナに含まれているクロロフィル色素が分解して生じる化合物(FCC)が原因で光ります。
バナナは成熟するにつれてこのFCCが増えてより明るく光ると言う事、さらに斑点の回りはより濃度が高く、斑点そのものは低い。
という結果です。
ただ、FCCと言うのは他の物質に変化するかと気の物質で、バナナと言う特殊な環境で安定しているだけです。
ここまで掘り下げなくても、野生動物の中で紫外線を感知できるものはバナナや他のフルーツの食べごろを正確に知る能力があるのかも？くらいでも十分でしょう。
よく、バナナを食ベる動物について調べても面白いでしょう。
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石や鉱物に紫外線ライトを当てる自由研究
一番手軽なのは夜、河原に行って石を照らしてみることです。
一人では少し怖いですし、物騒ですから保護者の方に付いていってもらった方がよいでしょう。
◆用意するもの
・河原で光った石
・標本用の鉱物
◆実験の方法
先ず、河原の石にブラックライトをあてて、光ったものを持ち帰ります。
河原の石が手に入らない場合や、持ち帰ることに問題がある場合は標本用の鉱物のセットを購入する方法もあります。
◆結果のネタバレ
拾った石が何かは調べてみないと分かりませんが、光り方には２種類あります。
・蛍光性：光があたっている間だけ発光する
・燐光性：光を当てた後も光る
◆光る理由
紫外線ライトを照射すると、結晶を作っている原子エネルギーが高まる。
エネルギーが高まった状態から元に戻る時にエネルギーを吐きだす。
そして元に戻る。
通常、このプロセスは１秒以下で起こります。
燐光はエネルギー源の紫外線の照射をやめてもしばらく光る現象のことです。
光る石の代表としては
方ソーダ石
ルビー
フローライト
マンガノカルサイト
ブルーアンバー
ハックマン石
アダム鉱
ウエルネル石
石膏
カルサイト
などがあります。
この実験には紫外線ライト(ブラックライト)と鉱石がセットになったものも売っています。
光り方を分類して、なぜ光るのかを考察したうえでレポートにまとめましょう。
河原で採取した石ならその付近の地質を調べて見たり、上流部の山について調べるなど、余裕があれば紫外線の実験を足がかりに範囲を広げるのも良い評価をもらいやすくする方法です。
身の回りのものに紫外線ライトを当ててみる
これは普段何気なく目にしている者にも紫外線でなければ見られない世界がある事を発見するものです。
◆用意するもの
・一万円札
・官製はがき
・パスポート
・visaカードなどのクレジットカード
◆実験の方法
暗い部屋でそれぞれにブラックライトを当てるだけ
◆結果のネタバレ
一万円札はこんな風に偽造防止の処理がされています。
判子に375nm（ナノメーター）の紫外線を当てるとオレンジ色に光ります。
この波長以外では光らないので注意してください。
官製はがきにはバーコードが浮かび上がると思います。
機械で処理するための工夫がされています。
パスポートは顔写真が中央に浮かび上がってきたりしませんか？
偽造パスポートはこれですぐに見分けがつくのです。
クレジットカードもクレジット会社のイニシャルや頭文字などが浮かび上がります。
すべては偽造される事を防いで本物を見極めるための工夫ですね。
これらの証拠を記録するのにはカメラを使用すると思いますが、フラッシュはオフにしておいてくださいね。
紫外線ライトはどこで購入する？
紫外線ライトを手に入れるのは簡単です。
１００均でも手に入りますし、ホームセンターに行けば色々選べるはずです。
もし、お店がなくても通販でもたくさんの種類が売られています。
例をあげると
こんな感じです。
紫外線ライトを使った自由研究は何より実験そのものに時間がかからないのがよいですね。
実際に５分程度で終わってしまうものも多いと思います。
それだけに、掘り下げを深くしたり、研究の範囲を広げて見る事をお勧めします。
例えば、モンシロチョウの雄雌の見分けから蝶の複眼について、など結果から関連付けられるものを取り込んで一つの自由研究レポートにまとめるのも手です。
紫外線ライトを使った研究もやってみると楽しいものですから、ぜひトライしてみてください。
最後に注意ですが、ライトは絶対に目に当てないでくださいね。
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