中学受験理科｜葉の水分不足を比べる｜吸水後の重さを基準にする

葉を量って水分が0.6g含まれると分かりました。これだけで、水分が十分な葉なのか判断できるでしょうか。大きな葉と小さな葉、厚い葉と薄い葉では、ためられる水の量が違います。現在の水分を、十分に吸水したときの水分と比べる方法があります。

今回は生の重さ、十分に吸水させた後の重さ、乾燥させた重さの三つを使います。中学入試の資料問題として、定義を示された相対含水率を計算します。葉の水分を全重量で割った通常の含水率と、分母が異なる点を丁寧に読みます。

三つの重さの差を取る

観察時の生重量から乾燥重量を引くと、その時点の水の量になります。十分に吸水させた重量から乾燥重量を引くと、この測定法で十分に吸水したときの水の量になります。後者を基準として、前者の割合を百分率で表します。

相対含水率は「観察時の水分÷十分吸水時の水分×100」です。生重量をそのまま吸水後重量で割ると、両方に乾物が混ざった別の比になります。引く操作を先に行い、水だけを二つの状態で対応させます。

例題1。黄が乾物、青が水。両方で乾物0.20gは共通です。

三つの重さは同じ試料に対応している必要があります。別の葉の乾燥重量を使うと、葉の大きさや厚さの違いが混ざります。実験では採取後の水分変化を抑え、吸水後は表面に付いた水を適切に除くなど、測定の手順をそろえます。

表面の水滴を葉の内部の水分として量ってしまうと、吸水後の値が大きすぎる可能性があります。逆に観察時の計量まで長く放置すれば、元の状態より乾いてしまいます。はかりの計算が正しくても、どの状態を測ったかがずれれば目的の値にはなりません。

同じ葉の観察時重量は0.80g、十分に吸水させた後は1.00g、乾燥後は0.20gでした。定義した相対含水率を求めましょう。

答え・解説： 観察時の水分は0.80－0.20＝0.60g、十分吸水時は1.00－0.20＝0.80gです。0.60÷0.80×100＝75％となります。0.80÷1.00×100＝80％ではありません。先に乾物を両側から取り除くのがポイントです。

観察時の生重量に対する水分割合も、この例では0.60÷0.80で75％になります。しかし、分母0.80の意味は違います。同じ数字になったから二つの定義が同じなのではなく、たまたまこの設定で一致しただけです。

別の葉では、観察時1.10g、十分吸水時1.50g、乾燥後0.30gでした。相対含水率と、観察時の生重量に対する水分割合を、それぞれ小数第一位まで求めましょう。

答え・解説： 現在の水分は1.10－0.30＝0.80g、十分吸水時の水分は1.50－0.30＝1.20gです。相対含水率は0.80÷1.20×100で約66.7％、生重量基準は0.80÷1.10×100で約72.7％です。分子が同じでも、比較する基準が違うので答えも違います。

二つの数値を見て、片方が計算間違いだと決めないでください。「何に対する割合か」という見出しを省くと、正しい値同士が矛盾しているように見えます。表へ書くときは、相対含水率と生重量基準の含水率を別の列に分けます。

相対含水率が高いとは、この測定法での十分吸水状態に近いという意味です。必ず健康で、よく光合成し、病気がないといった全ての状態を保証するものではありません。水分状態を表す一つの指標として使います。

葉の種類によって組織の性質も異なります。二種類を比較するときは、この割合の差だけを耐乾性の順位へ直結させず、どの乾燥条件にどれだけ置いたか、その後回復するかといった観察も必要です。測定値と、そこから推測したい性質を分けて考えましょう。

資料の表に三つの重量があれば、いきなり大きい数で小さい数を割るのではなく、各状態の模式図を描きます。乾物部分を同じ色で残し、水の部分だけの長さを比較する図にすると、式の引き算がなぜ二回あるか説明できます。

計算用の試料では乾燥によって水以外の成分が変質しないなどの条件を置いています。実際の測定法は定められた手順に従います。ここでは、問題文の定義へ戻って分子と分母を選ぶことを、最優先の練習にしましょう。

観察時と十分吸水時の重さの差が、はかりの最小目盛より小さい場合を考えます。表示が同じでも、本当に水分差ゼロとは限りません。相対含水率を小数何桁も並べる前に、元の重さをどの細かさで量ったかを確認します。計算機で桁数を増やしても、測定の情報量が増えるわけではありません。

記録された十分吸水時重量が観察時重量より小さければ、同じ試料で吸水させたという想定と合うか点検が必要です。葉が欠けた、記録の列を逆にしたなど複数の可能性があるため、都合よく数値を入れ替えて計算を続けないでください。値の大小から測定手順へ戻ることも、資料を読む力の一部です。