虹色の水は、砂糖何グラムで層になる？
このシミュレーターの計算では、水100mlに砂糖を0g・10g・20g・30g・40gとかした5つの色水を、砂糖の多い順に上へそっと重ねると、くっきりした5色の層になります。塩なら、水100mlに0g・5g・10g・15g・20gで、ほぼ同じ重さの色水になります。
| 色水（下から） | 砂糖 | 塩 | 重さ（砂糖の場合） |
|---|---|---|---|
| むらさき（いちばん下） | 40g（大さじ約4と1/2杯） | 20g（大さじ約1杯） | 約1.120 |
| 青 | 30g（大さじ約3と1/2杯） | 15g（小さじ約2と1/2杯） | 約1.095 |
| 緑 | 20g（大さじ約2杯） | 10g（小さじ約1と1/2杯） | 約1.066 |
| 黄色 | 10g（大さじ約1杯） | 5g（小さじ約1杯） | 約1.034 |
| 赤（いちばん上） | 0g | 0g | 約0.998 |
水100mlあたりの量です。水50mlで作るときは、すべて半分にします。重さ（密度）は1cm³あたりのグラム数で、20℃の目安です。塩で作った色水も、ほぼ同じ重さ（ちがいは0.003以内）になります。大さじ・小さじはすりきりで、砂糖は大さじ1杯約9g、塩は小さじ1杯約6g・大さじ1杯約18gとしました。塩は同じ重さにするのに砂糖の約半分ですみますが、量が少ないぶん、はかりで正確にはかるのがおすすめです。
となりどうしの色水は、砂糖なら10g、塩なら5gくらい差をつけると、くっきり分かれやすくなります。差を小さくしすぎると、さかい目がにじんだり、まざったりします。シミュレーターの「色水のつくり方」で量をかえて、どこまで差を小さくできるか試してみてください。
入れる順番は？まちがえるとどうなる？
上からそっと重ねるときは、砂糖が多い（重い）色水から順に入れます。軽い色水の上に重い色水を入れると、重い色水は下へしずんでいき、とちゅうの色水とまざってしまいます。
反対に、ストローやスポイトの先をコップの底につけて入れるときは、砂糖が少ない（軽い）色水から順に入れます。あとから入れた重い色水が底にもぐりこんで、前の色水を下からおし上げます。どちらの入れ方でも、最後は「重いものが下、軽いものが上」にならびます。
どうして色水がまざらないの？
砂糖や塩をとかした水は、同じ大きさでくらべると、ただの水より重くなります。とかした量が多いほど重くなります。重い水は下に、軽い水は上に行こうとするので、重い順にならんでいれば、そのまま重なっていられます。
おうちの方向けに言うと、比べているのは密度（1cm³あたりの質量）です。20℃の水は約0.998g/cm³、水100mlに砂糖40gをとかした砂糖水（濃度約29%）は約1.12g/cm³です。密度の大きい液体が下にある状態は安定しているので、静かに重ねれば層が保たれます。上に密度の大きい液体を置くと不安定になり、下へしずみながらまわりの液体とまざります。
ただし、層は永遠にはもちません。色のつぶや砂糖のつぶは、目に見えないくらいゆっくり動きまわって広がっていく（拡散）ので、時間がたつと、さかい目は少しずつぼやけていきます。
おうちでの実験のやり方
用意するもの
- 細長い透明なコップ（プラスチックのコップや、ふたをあけたペットボトルでも可）
- 紙コップなど、色水をつくるコップ 3〜5個
- 砂糖（または塩）、はかりか計量スプーン
- 食紅（食用色素）か水彩絵の具
- スポイト、またはストロー
やり方
- 紙コップに水を100mlずつ入れ、砂糖を0g・10g・20g・30g・40gとかします。よくかきまぜて、とけ残りがないようにします。
- それぞれに、ちがう色の食紅（または絵の具）を少しずつ入れます。
- いちばん砂糖が多い色水を、細長いコップに2〜3cmの高さまで入れます。
- つぎに砂糖が多い色水をスポイトでとり、先をコップのかべにつけて、1てきずつ、そっと流しこみます。
- 同じようにして、砂糖が少ない色水を順に重ねます。スポイトは1回ごとに水で洗います。
コツは、細いコップを使うことと、ゆっくり入れることです。太いコップでは、色水が広がるときに下の層をかきまぜやすくなります。
気をつけること
- 実験に使った色水は飲まないでください。絵の具を使ったものは特に注意します。
- ガラスのコップは割れることがあるので、小さい子はプラスチックのコップを使いましょう。
- 砂糖水はこぼれるとべたつきます。おぼんやトレーの上で実験し、終わったら流しに流して、コップをよく洗います。
- 食紅は服や手につくと落ちにくいことがあります。よごれてもよい服で行いましょう。
自由研究のまとめ方のヒント
「色水ごとの砂糖の量」「入れた順番」「層ができたか」を表にまとめ、できあがったコップを写真にとると、わかりやすくなります。研究を広げるなら、次のようなくらべ方があります。
- 砂糖と塩で、同じ重さの色水を作るには、それぞれ何gいるか。
- となりの色水との差を20g、10g、5gと小さくしていくと、どこまで層になるか。
- 入れる順番を逆にしたら、どうなるか（シミュレーターで予想してから試す）。
- 1時間後、半日後、1日後にさかい目がどう変わるか（同じ場所から写真をとる）。
予想（このシミュレーター）と実験の結果がずれた理由を考えるのも、りっぱな研究です。
よくある質問
色がまざってしまうのはなぜ？
よくある原因は、(1) 入れる順番が逆になっている、(2) となりの色水との砂糖の差が小さい、(3) いきおいよく入れている、(4) コップが太い、の4つです。砂糖がとけ残っていると、そのぶん軽い色水になるので、よくかきまぜることも大切です。
層は何日くらいもちますか？
さかい目は、時間がたつと少しずつぼやけていきます。数時間でもにじみ始め、何日かおくと、色が上下につながって見えるようになります。きれいな写真をとるなら、作ってすぐがおすすめです。
食紅がないときは？
水彩絵の具でも作れます。絵の具を入れすぎると色水が重くなることがあるので、どの色水にも同じくらいの少しの量を入れましょう。
ジュースでも層はできますか？
できます。ジュースには砂糖がとけているので、砂糖の多い（あまい）ジュースほど重くなります。重いジュースを下にして、軽い飲み物をそっと重ねると、層になった飲み物（セパレートドリンク）が作れます。飲むものを作るときは、清潔なコップと食べられる材料だけを使ってください。
塩水に卵を入れると浮くのも、同じしくみ？
同じしくみです。塩をとかして水を重くすると、卵より重くなったところで卵が浮きます。卵が浮く塩水シミュレーターで試せます。砂糖や塩が水に何gまでとけるかは、もののとけ方シミュレーターで調べられます。
土と水でも層はできますか？
できます。ペットボトルに土と水を入れてふると、大きいつぶから順に沈んで、下から小石・砂・どろの層ができます。こちらは液の重さではなく、つぶの大きさで分かれるしくみです。地層のでき方シミュレーターで、沈む順番と時間を試せます。