ペットボトルがヘコむのはなぜ?Q&A集

ある夏休みのこと。
冷蔵庫から取り出したペットボトルに入ったお茶。

「どうして、ペットボトルにヘコみがあるの?」

親戚の子に聞かれて、
上手く説明できませんでした。

子供にどう説明するか?、
ペットボトルがヘコむ原因について、
あれこれとメモしておきました。

「ボイル=シャルルの法則」は抜きで。

言葉にすると、難しいですね。
備忘録としてQ&Aにしておきました。

ペットボトルがへこむ原因は?

すっごく大雑把に答えると、
温度と体積の問題。

温度が下がると、体積は小さくなる。

ペットボトルは一定の圧力下では、
空気が冷えると体積が減ります。

よって、凹(へこ)みます。

常温で買ったペットボトルを冷蔵庫に入れておいたら?

密栓した場所の空気の温度が一定とすると、
ペットボトルが冷蔵庫の中で冷やされて、
内部の空気温度が下がり、
⇒体積が減り内圧が下がる。

減った体積分、ペットボトルが凹(へこ)む。

自動販売機で買ったペットボトルがヘコんでいた。

レアケースですが、ありえます。

製造したときの空気の温度より、
自動販売機内で想定以上に冷やされ、
密栓内の空気の温度が低下。

体積が小さくなり内圧が下がったのでしょう。

ただ、フタを閉めて外に置いたままのペットボトルが凹んだ。
フタを閉めた時点の温度より下がると、凹みます。

ペットボトルのなかに熱いお茶を入れたらヘコんだ。
熱いお茶(お湯)は水蒸気をたくさん出しています。
空(カラ)のペットボトルにお茶を入れると、
ペットボトルにあった空気がお茶から出る水蒸気に追い出されます。

ここでペットボトルのフタを閉めると、ペットボトルの中は
追い出されて少なくなった空気と水蒸気で満たされた状態です。

ペットボトルの中の水蒸気が冷やされて、水分に戻ると、
体積は小さくなります。
フタをしているので、中に空気は入ってきません。
外の気圧が高いままの状態なので、凹みます。

よくある理科の実験～手をふれず凹ませる原理は?

空気～温度が上がると膨張、体積が増える。
ペットボトル内に入れたお湯によって、
ペットボトル内の空気が温められ膨張。

→お湯を外に出すことで、空気の温度は下がる、体積が小さくなる。

フタをすることで、膨張した空気は閉じ込められたまま。

ペットボトル内の温度変化～
空気がお湯を入れた直後の温かいものから、
段々と冷めることで体積が小さくなる。

体積が小さくなると内圧が下がることから、ペットボトルは凹む。

参考動画を貼っておきますね。
『☆miniサイエンスショー☆　手をふれずにペットボトルをへこませる!?!?』

買ったから未開封のペットボトル(ミネラル・ウォーター)が凹んだ。

ペットボトルは密閉されていて、液体が漏れることはありません。
ですが、わずかに気体は通ります(気体通過性)。

ペットボトルの中の水が蒸発して気化すると、中の空気も外へ出ます。
水が減った分、空気が抜けて内気圧が変化します。

水の品質は問題ないので、飲むことは出来ます。
消費期限が過ぎると、凹むことがありますね。

山に登ってペットボトルの水を飲み、下山したらヘコんでいた。

「気圧」が関係しています。
気圧は空気を押す力。

空気が薄い場所～山の上より、
空気が濃い場所～山の下の方が「気圧」は大きい。

高い所から低い所、うすい場所からこい場所へ移動した。
気圧(空気の重さ)にペットボトルがおしつぶされたのです。

ペットボトルがなぜ、ヘコむのか。

いろいろなケースがありますが、
代表的な場面を想定してQ&Aを作ってみました。