自由研究で学ぼう！
科学のふしぎを楽しむテーマ12選

「科学」と聞くと、なんだか難しくて、教科書の退屈な暗記科目を思い浮かべるかもしれない。でも、それは本当の科学の姿じゃない。

本当の科学は、君のすぐそばにある「ふしぎ」から始まる。
「なぜ、水はコップからあふれそうなのにこぼれないの？」
「なぜ、レモン汁をかけると紅茶の色が変わるの？」
「なぜ、植物は太陽の方向を追いかけるの？」

そんな、日常に隠れた「はてなマーク」を見つけ出し、自分の手と頭でその謎を解き明かしていく冒険、それが自由研究の醍醐味であり、科学の面白さの入り口だ。

この記事では、物理、化学、生物、地学の4つの分野から、君の「知りたい！」という気持ちに火をつける、とっておきの12のテーマを紹介する。難しい知識はいらない。必要なのは、ほんの少しの好奇心と、「試してみたい！」というワクワクする気持ちだけ。さあ、科学のふしぎを解き明かす、最高の夏を始めよう！

【物理のふしぎ】見えない力を探る実験

私たちの周りには、目には見えないけれど、確かに働いている「力」がたくさんあります。物理の実験は、そんな不思議な力をあぶり出し、その正体を探る冒険です。

1. 水面ギリギリ！表面張力チャレンジ

この研究の「ふしぎ」ポイント

コップの水が表面張力で盛り上がる様子や、硬貨が何枚も入る様子は、まるで魔法。水の分子同士が引き合う「表面張力」という不思議な力を可視化します。

探求の道具

• コップ
• 水
• １円玉やクリップなど（たくさん）
• スポイト

ふしぎを解き明かす手順

1. コップに水をなみなみと注ぎ、水面を真横から観察します。
2. スポイトで水を一滴ずつ加え、水面がコップの縁より盛り上がっていく様子を観察します。
3. どこまで盛り上がるか挑戦！限界まで来たら、今度は1円玉を一枚ずつそっと沈めていきます。何枚入るか数えましょう。

「わかった！」に繋がる科学の知識

水の分子は、お互いに手をつなぎ合って、できるだけ表面積を小さくしようとします。この内側へ向かう力が「表面張力」です。この力のおかげで、水はこぼれずに盛り上がり、1円玉が静かに入っても表面が破れないのです。アメンボが水に浮くのもこの力のおかげです。

2. 静電気で水流を曲げるマジック

この研究の「ふしぎ」ポイント

触れてもいないのに、細い水流がまるで生き物のように曲がる！目に見えない「静電気」の力を、ダイナミックに体感できる実験です。

探求の道具

• プラスチックの下敷きや風船
• ティッシュペーパーやセーター（ウール素材）
• 水道

ふしぎを解き明かす手順

1. 水道の蛇口から、糸のように細い水流をそっと出します。
2. 下敷きをティッシュやセーターでよくこすり、「静電気」を発生させます。
3. 静電気を帯びた下敷きを、水流にゆっくりと近づけます。
4. 水流が、下敷きの方へ吸い寄せられるように曲がる様子を観察します。

「わかった！」に繋がる科学の知識

モノをこすると発生する「静電気」は、プラスとマイナスの電気の偏りです。水の分子（H₂O）は、プラスの電気を帯びた部分とマイナスの電気を帯びた部分を持つ「極性分子」です。静電気を帯びた下敷きを近づけると、水の分子が静電気に引き寄せられて向きをそろえ、水流全体が曲がるのです。

3. 慣性の法則「だるま落とし」実験

この研究の「ふしぎ」ポイント

コップの上の卵が、下の紙を弾いても落ちずに、真下にスポン！と入る。物体が「その場に留まり続けようとする性質」である「慣性の法則」を、見事に実証できる痛快な実験です。

探求の道具

• コップ（口が広いもの）
• 硬めの紙（ハガキや厚紙など）
• トイレットペーパーの芯
• 生卵（または、ゆで卵）

ふしぎを解き明かす手順

1. コップに水を8分目まで入れます。
2. コップの口の上に、紙、トイレットペーパーの芯の順に真上に置きます。
3. 芯の上に、卵をそっと横向きに乗せます。
4. 意を決して、水平方向に指で紙を素早くはじきます！成功すれば、卵は空中で一瞬静止し、コップの中にきれいに落ちます。

「わかった！」に繋がる科学の知識

静止している物体は、力が加わらない限り静止し続けようとします。これが「慣性の法則」です。紙を素早くはじくと、摩擦が働く時間はごくわずか。そのため、卵には水平方向の力がほとんど伝わらず、その場に留まろうとします。しかし、支えを失った卵は重力に引かれて真下に落下するのです。

【化学のふしぎ】物質が変わる魔法を操る実験

私たちの身の回りにある物質は、混ざったり、熱せられたりすることで、全く別の姿に変わることがあります。化学の実験は、そんな物質の変化＝「化学反応」の魔法を、自分の手で操る体験です。

4. 紫キャベツの七変化！カラフル指示薬作り

この研究の「ふしぎ」ポイント

紫キャベツの煮汁が、レモン汁でピンクに、石鹸水で青や緑に！「酸性・アルカリ性」という性質を、色の変化で判定する「指示薬」を手作りする、まるで魔法薬作りような実験です。

探求の道具

• 紫キャベツ
• 水、鍋、ザル
• 透明なコップ（たくさん）
• 調べる液体（お酢、炭酸水、重曹水、石鹸水、レモン汁など）

ふしぎを解き明かす手順

1. 紫キャベツをちぎって鍋で煮出し、紫色の液体を作ります。これが「指示薬」です。
2. コップに指示薬を少しずつ分け、そこに調べたい液体を加えて色の変化を観察します。
3. 「酸性」のものを加えると赤っぽく、「アルカリ性」のものを加えると青や緑に変わります。
4. 家の中にある様々な液体を調べて、酸性・アルカリ性の仲間分けをしてみましょう。

「わかった！」に繋がる科学の知識

紫キャベツに含まれる「アントシアニン」という色素は、液体の性質（pH）によって分子の構造が変化し、色が変わります。この性質を利用したものが「pH指示薬」です。リトマス試験紙と同じ原理を、自然の植物で体験できます。酸性、中性、アルカリ性の違いを学びましょう。

5. 炙り出しで描く！見えないインクの暗号手紙

この研究の「ふしぎ」ポイント

レモン汁で書いた、乾くと見えなくなる手紙。それを火で炙ると、茶色い文字が魔法のように浮かび上がる！スパイ映画のような、ドキドキの化学実験です。

探求の道具

• レモン（または、みかん、玉ねぎの汁など）
• 筆、または綿棒
• 白い紙
• アイロン、または電気コンロ（必ず大人の人と一緒に！）

ふしぎを解き明かす手順

1. レモンを絞り、その汁をインク代わりにして、筆や綿棒で紙に文字や絵を描きます。
2. インクをよく乾かします。すると、文字はほとんど見えなくなります。
3. 大人の人と一緒に、アイロンやコンロの熱で、文字を書いた部分をゆっくりと炙ります。（火傷に十分注意！）
4. すると、見えなかった文字が茶色く焦げて浮かび上がってきます。

「わかった！」に繋がる科学の知識

レモン汁に含まれる有機物（クエン酸など）は、紙よりも低い温度で燃える（酸化して炭になる）性質があります。そのため、紙が燃えるより先に、レモン汁の成分だけが熱で焦げて、茶色い文字として現れるのです。これは物質の「発火点」の違いを利用した現象です。

6. 鉄が燃える！？手作りカイロで熱の発生

この研究の「ふしぎ」ポイント

鉄の粉を混ぜるだけで、袋がだんだん温かくなる。物質が化学反応する際に「熱」が生まれる「発熱反応」を、安全に体感できる実験です。使い捨てカイロの仕組みがよくわかります。

探求の道具

• 鉄粉
• 活性炭
• 食塩
• 水
• チャック付きポリ袋

ふしぎを解き明かす手順

1. ポリ袋に鉄粉、活性炭、食塩を入れてよく振り混ぜます。
2. そこに少量の水を加え、袋のチャックを閉めて、再びよく振ります。
3. 袋がだんだんと温かくなってくるのを観察します。温度計があれば、温度変化を記録しましょう。

「わかった！」に繋がる科学の知識

カイロが温かくなるのは、鉄が空気中の酸素と結びついて錆びる「酸化反応」のおかげです。この反応は、熱を発生させる「発熱反応」です。活性炭は酸素を集める役割、食塩と水は鉄の酸化を速める触媒の役割を果たし、反応を促進させています。

【生物のふしぎ】いのちの神秘に触れる観察・実験

私たち人間も含む「生き物」は、驚くほど精巧で不思議な仕組みを持っています。生物の実験や観察は、生命の神秘に触れ、命の尊さを学ぶ素晴らしい機会です。

7. 衝撃！野菜からDNAを取り出す実験

この研究の「ふしぎ」ポイント

「生命の設計図」であるDNA。難しそうですが、実は家にあるもので簡単に取り出して、この目で見ることができる！白いモヤモヤとしたDNAが姿を現す瞬間は、感動的です。

探求の道具

• ブロッコリー（花蕾部分）、またはバナナ
• すり鉢、すりこぎ
• 食塩、食器用洗剤
• 冷やしたエタノール（消毒用）
• ガーゼ、コップ

ふしぎを解き明かす手順

1. ブロッコリーをすり鉢ですり潰し、食塩と洗剤を混ぜた液体を加えて混ぜます。（細胞壁と細胞膜を壊すため）
2. ガーゼでこして、細胞の破片などを取り除きます。
3. こした液体に、冷たいエタノールをそっと注ぐと、境界面に白いモヤモヤとしたDNAが浮かび上がってきます。

「わかった！」に繋がる科学の知識

DNAは、普段は細胞の中の「核」という小さな部屋に格納されています。実験の各工程（すり潰す、洗剤を加える）には、細胞や核の膜を壊してDNAを取り出す意味があります。DNAはエタノールには溶けないため、エタノールを加えることで目に見える形で集めることができるのです。

8. パン酵母の呼吸を観察しよう

この研究の「ふしぎ」ポイント

パンを膨らませる「酵母」も、私たちと同じように呼吸をしている生き物。酵母が吐き出す息（二酸化炭素）で、風船を膨らませる実験です。小さな微生物の生命活動を実感できます。

探求の道具

• ドライイースト（パン酵母）
• ぬるま湯（40℃くらい）
• 砂糖
• ペットボトル、風船

ふしぎを解き明かす手順

1. ペットボトルにぬるま湯、ドライイースト、砂糖を入れてよく混ぜます。
2. ペットボトルの口に風船をかぶせ、暖かい場所に置きます。
3. しばらくすると、ペットボトルの中で泡が発生し、風船がだんだんと膨らんできます。
4. 砂糖の量を変えたり、水だけで行ったりした場合と比較してみましょう。

「わかった！」に繋がる科学の知識

酵母（イースト菌）は、糖分をエサにして「発酵」という活動を行い、エネルギーを得ています。その際に、アルコールと「二酸化炭素」を発生させます。この二酸化炭素のガスが、パン生地を膨らませたり、この実験で風船を膨らませたりするのです。酵母の活動には、適切な温度と栄養（砂糖）が必要なことが分かります。

9. 植物の光の追いかけっこ（光屈性）

この研究の「ふしぎ」ポイント

植物は動かないと思いきや、生きるために必要な光を求めて、ゆっくりと体を曲げていく。植物の健気でダイナミックな「動き」を観察する実験です。

探求の道具

• 豆苗やカイワレ大根など、成長が早い植物
• ダンボール箱
• カッター

ふしぎを解き明かす手順

1. ダンボール箱の側面に、光が入るための小さな窓を一つだけ開けます。
2. 箱の中に、まっすぐ育っている豆苗などを入れ、蓋をします。
3. 窓が明るい方向を向くように置いて、数日間観察を続けます。
4. 数日後、蓋を開けてみると、植物が窓の方向にぐにゃりと曲がっているはずです。

「わかった！」に繋がる科学の知識

植物が光の方向に曲がる性質を「光屈性（ひかりくっせい）」といいます。これは、植物の成長を促す「オーキシン」という成長ホルモンの働きによるものです。オーキシンは光を嫌う性質があるため、光が当たる側の反対側（影側）に多く集まります。オーキシンが多い影側だけがぐんぐん成長するため、結果として茎が光の方向へとお辞儀するように曲がるのです。

【地学のふしぎ】地球と宇宙を感じる研究

私たちが住む地球、そして広大な宇宙の成り立ちを、ミニチュアモデルで再現する研究です。何万年、何億年という壮大な時間を、自分の机の上で感じてみましょう。

10. ペットボトルで雲を作る

この研究の「ふしぎ」ポイント

空に浮かぶ雲を、ペットボトルの中に作り出す！雲ができるための重要な条件である「気圧の変化」と「核」の役割を、シンプルに再現できるダイナミックな実験です。

探求の道具

• 炭酸用の丈夫なペットボトル
• 少量の水、またはぬるま湯
• 線香の煙（少量）

ふしぎを解き明かす手順

1. ペットボトルに少量の水を入れ、よく振って内部を水蒸気で満たします。
2. 線香の煙を少しだけ入れ、すぐに蓋を閉めます。（煙が、水蒸気が集まるための「核」になります）
3. ペットボトルを、両手で力強く何度も押したりへこませたりします。
4. 手をパッと離すと、その瞬間、ペットボトルの中が一気に白く曇ります。雲の発生です！

「わかった！」に繋がる科学の知識

雲は、空気中の水蒸気が冷やされて、小さな水の粒や氷の粒になったものです。この実験では、ペットボトルを押して圧力をかけると内部の温度が上がり、手を離して急に圧力が下がると温度も下がります（断熱膨張）。この急激な温度低下によって、水蒸気が水の粒に変わり、線香の煙を核として集まることで、白く見える雲となるのです。

11. 地層のでき方モデル実験

この研究の「ふしぎ」ポイント

崖などで見られる地層の縞模様。あれがどうやってできるのかを、ペットボトルの中で再現します。粒の大きさによって、積もる速さが違うことがよく分かります。

探求の道具

• 大きなペットボトル
• 様々な種類の土や砂（砂、小石、泥、腐葉土など）
• 水

ふしぎを解き明かす手順

1. ペットボトルに、用意した土や砂をすべて入れます。
2. 水をボトルの8分目まで注ぎ、蓋をしっかり閉めます。
3. ボトルを上下逆さまにして、中の土砂が完全に混ざり合うまで激しく振ります。
4. ボトルを静かな場所に置き、土砂が沈んでいく様子を観察します。

「わかった！」に繋がる科学の知識

水の中では、重くて大きい粒（小石など）ほど速く沈み、軽くて小さい粒（泥など）ほどゆっくりと沈みます。この「粒の大きさによる沈降速度の違い」によって、下から順に「小石→砂→泥」というきれいな縞模様（地層）ができるのです。実際の川や海でも、洪水などで運ばれた土砂が、同じ原理で積もって地層を作っています。

12. 化石のレプリカ作り

この研究の「ふしぎ」ポイント

大昔の生物の跡である「化石」が、どのようにしてできるのかを、粘土と石膏を使って体験します。自分の手で、アンモナイトのレプリカを作り出しましょう。

探求の道具

• 油粘土
• 石膏、水、混ぜる容器
• 化石のモデルにしたいもの（貝殻、シダの葉など）

ふしぎを解き明かす手順

1. 油粘土を平らに伸ばし、そこに貝殻などを押し付けて、型を取ります。
2. 石膏を水で溶き、粘土の型に流し込みます。
3. 石膏が完全に固まるまで待ちます（半日〜1日）。
4. 固まったら、そっと粘土から外します。すると、貝殻の形が精密に再現された、石膏のレプリカが完成しています。

「わかった！」に繋がる科学の知識

実際の化石も、これと似たような原理でできています。大昔、生物の死骸が砂や泥に埋もれ、その形が「型」として残ります。その後、その型の中に、地下水に含まれる鉱物の成分が入り込んで固まることで、石の化石（レプリカ）ができるのです。この研究は「型化石」のでき方を学ぶ良いモデル実験です。