なんでだろう？
小さく折りたたんだ紙を水に浮かべると次々に開いて、まるで花が咲いたようです。
そうなんだ！
花びらの形に切った紙を小さく折りたたみます。それを水の上に置くと折り目が伸びて元の形に戻りました。まるで紙が元の形を覚えているようですが、ただの紙が形状記憶合金のようなはたらきをするのでしょうか。
紙は、植物のせんいをからみ合わせてつくられており、植物のせんいは水分を吸収すると太く短くなる性質があります。折りたたんだ紙を水に浮かべるとせんいが水分を吸収し、折り目の外側のせんいは折るときに引き伸ばされているのでとくに強く収縮します。その結果、水面側に紙が引っぱられるので折り目が伸び、花が咲いたように見えるのです。
水分によって折り目が元に戻る現象は、紙だけでなく、綿や麻などの植物せんいでつくった布でも生じるので、
シワになった衣類に霧吹きの霧や、アイロンのスチームを当てるとシワを伸ばすことができます。
①千代紙（コピー用紙・色紙・新聞紙等でも可）
②コンパス
③水を入れた器
・セロハンテープ
・定規
実験で使用した材料の詳細
・千代紙 DAISO 色ちよがみ十八色 36枚
・コンパス DAISO コンパス えんぴつタイプ
〈ビジュアル・動画用〉
・お花紙 トーヨー お花紙 6色
・半紙 DAISO 特選書道半紙 清書用 白色 厚口
※実験材料の一例です。準備する際の参考にしてください。
[実験の注意]
・ＮＧＫサイエンスサイトで紹介する実験は、あくまでも家庭で手軽にできる科学実験を目的としたものであり、工作の完成品は市販品と同等、もしくは代用品となるものではないことを理解したうえで、個人の責任において実験を行ってください。
・必ず手順を読んでから工作・実験を行ってください。
・器具の取り扱いには十分注意し、けがをしないようにしましょう。
・小学生など低年齢の方が実験を行う場合は、必ず保護者と一緒に行ってください。
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1
コピー用紙などの紙に半径1.5cm～3cmの円と、その1/3の半径の同心円を描きます。
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2
外側の円にそって紙を切り抜き、1/8に折りたたみます。
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3
内側の線より上を花びらの形に切ります。
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4
③を開いて、花びら部分を内側に折りたたみます。
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5
器に水を入れ、④の平らな面を下にしてそっと浮かべます。
紙の種類や大きさ、形による開き方の違いを比べてみましょう。
実験を成功させるコツとヒント
・どんな紙でもできますが、水分を吸収しにくい紙や、サイズが大きすぎると開きにくくなります。
・多くの花をいっせいに開かせたいときは、半紙などの上にのせて水につけてください。
シャツのシワを伸ばしやすくした せんいの形状記憶加工
洗いっぱなしでアイロンをかけなくてもシワになりにくいシャツや、洗ってもプリーツが取れにくいスカートがあります。形態安定加工や形状記憶加工と呼ばれるこれらの衣類は、アイロンがけのテマがいらないので人気ですが、そのしくみはどうなっているのでしょう。
そもそも布がシワになったり、折り目がとれたりするのは、着用や洗濯によってせんいを構成するセルロースなどの分子が移動し、部分的に密度のムラができるためです。そこで、特殊なガスや薬剤を使ってせんいの分子同士をつなぎ、分子が移動しても元の形に戻りやすくしたのが形態安定加工や形状記憶加工です。これらの加工を施した衣類はシワや型くずれしにくい半面、ドライクリーニングにかけると加工が損なわれることがあります。また、高温のアイロンも、加工に悪い影響を与えることがあるので注意しましょう。
形状記憶合金は、どうして元の形に戻るのでしょう？
ぐにゃぐにゃに曲げても、お湯につけると一瞬で元の形に戻る金属があります。形状記憶合金と呼ばれるこの不思議な金属は、紙や布の形状記憶とは異なるしくみで元の形を覚えています。
金属は原子が規則正しくつながって並んでいるので、もともとある程度までなら、力を加えても元に戻ります。しかし、大きな力が加わると原子のつながりが切れて、元の形に戻れなくなります。形状記憶合金は、特定の温度を境に原子のつながりがゆるんだり、しっかりしたりする性質があるので、つながりのゆるい低温のときに変形させ、その後高温にすると原子が元の規則正しい配列に戻るのです。形状記憶合金は変化する温度を細かく設定することが可能なので、熱すぎるお湯に反応してシャワーを止めたり、人間の体温に反応して体内で変形する医療用具を作ったりするなど、身の回りから先端技術の分野にまで幅広く利用されています。
NGKサイエンスサイトで紹介する実験は、あくまでも家庭で手軽にできる科学実験を目的としたものです。工作の完成品は市販品と同等ではなく、代用品にもならないことを理解したうえで、個人の責任において実験を行ってください。
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