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シャンパンの泡の上昇速度を測定する

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大学1〜3年一般教養(物理) デジタルカメラ

泡の上昇速度測定し、
そこからシャンパンの
粘性係数を求めてみよう

ハイスピードカメラのシャッターを押した瞬間に泡が動いた距離を測定し、粘度を計算で求める。

  • 東京学芸大学教育学部物理科学分野
  • 助教
  • 鴨川仁先生

使用製品

ハイスピードエクシリム
<EX-F1>
使い方ガイド

概要

  • カメラをシャンパングラスの前に設置する。
  • グラスにシャンパンを注ぎ泡が落ち着くのを待つ。
  • カメラで炭酸の泡の上昇する様子を撮影する。
  • 撮影した動画データをパソコンへ取り込み、動画編集ソフトで読み込む。
  • 上昇する泡1つに着目する。
    このとき立ち上がったばかりの気泡ではなく、グラス底面から離れた液面付近にある気泡に注目しよう。
  • 動画編集ソフトで、着目した泡の上昇距離を画像ピクセル数として読み取り、さらに上昇時間を測定する。
    映し出されているグラスの実測サイズを参照することにより上昇ピクセル数を上昇距離に変換する。そして算出した上昇距離と時間から泡の平均的な上昇速度 を求める。
  • 泡の直径のピクセル数を映像から読み取り、同様に泡の直径(=2r)を求める。
  • 泡がある程度上昇すると泡の浮力が液体の粘性による抵抗力および泡への
    重力がつりあっていると近似的にみなせるため次の式が成り立つ。
    ただし、 はシャンパンの密度、 は泡の密度となるが、 >> であり、
    シャンパンの密度は水の密度と大きくは変わらないことから、ここでは - を水の密度と近似する。
  • 数多くの泡について粘性係数を算出し、平均値を求める。
    理科年表等を用いて、水とアルコールの粘性係数値と比較してみよう。
    慣れると有効数字二桁で算出できる。

実践の課題

カメラのレンズは実験台に対して垂直かつシャンパングラスの正面に配置する。
また、シャンパングラスはシャンパンの気泡が長く上昇できるような縦長のものがよい。
もちろん試験管でも代用可能。

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