シャボン玉はなぜ丸い？なぜ虹色？｜膜の厚さと色のしくみ、黒くなって消える合図、浮く理由と落ちる理由を図で解説

「どうしてシャボン玉は丸いの？」「なんで虹色なの？」「なんで上に行ったり下に落ちたりするの？」。子どもに聞かれて、答えに詰まった経験はないでしょうか。どれも、小学生に分かる言葉で説明できます。そして、その答えを知っていると、シャボン玉のとばし方まで変わります。

この記事を書いた人：シャボン玉おじさん（野村佳史）。ギネス世界記録（Longest garland wand・14.317m・2022年11月26日認定）の達成者で、学研『大シャボン玉チャレンジ』の監修者。成層圏（高さ約30km）でのシャボン玉にも世界で初めて成功しています。

シャボン玉の正体は「うすい水の膜」

シャボン玉は、石けん水でできたとてもうすい膜のふくろで、中に空気が入っています。膜の厚さは、だいたい1,000分の1ミリ以下。髪の毛1本（約0.08ミリ）の100分の1くらいです。この「うすさ」が、丸い形も、虹色も、消え方も、ぜんぶ決めています。

なぜ丸い？——膜はいちばん小さくまとまろうとする

石けん水の膜には、できるだけ面積を小さくしようとする力（表面張力）が働いています。ゴム風船のゴムが縮もうとするのと似ています。中に閉じこめた空気の量が同じなら、膜の面積がいちばん小さくなる形は球（まん丸）です。だから、どんな形の輪からとばしても、シャボン玉は丸くなります。

この性質は、シャボン玉どうしがくっついたときにもよく分かります。2つのシャボン玉がくっつくと、さかいめは平らな壁になり、3つ以上がくっつくと、壁どうしは必ず120度の角度で出会います。これも「膜の面積を少しでも小さくしよう」とする結果で、ハチの巣が六角形なのと同じ理由です。

なぜ虹色？——膜の表と裏で反射した光が重なる

シャボン玉の色は、絵の具のように膜についているのではありません。光が膜の「表」で反射したものと、「裏」で反射したものが重なって見える色です。

光にはいろいろな色（波長）が混ざっています。裏で反射した光は、膜の厚さの分だけ遠回りして出てくるので、表で反射した光と少しずれて重なります。ずれ方がぴったり合う色は強め合って明るく見え、ずれ方が逆になる色は打ち消し合って消えます。どの色が残るかは膜の厚さで決まるので、厚さがちがう場所は、ちがう色に見えるのです。これを「薄膜干渉（はくまくかんしょう）」といい、CDの裏側や、水たまりに浮いた油が虹色に見えるのも同じしくみです。

ナノメートルは100万分の1ミリ。1,000ナノメートルで、やっと1,000分の1ミリです。シャボン玉の膜は、光の波の長さ（400〜700ナノメートル）とほとんど同じ厚さだから、色が見えます。もっと厚い水たまりでは、この色は出ません。

黒くなったら消える合図

シャボン玉をじっと見ていると、色の帯が上から下へ流れ、てっぺんの色がだんだん消えて、黒っぽい（または透明な）部分が広がっていきます。そして、黒い部分が大きくなった直後に、ぱちんと割れます。

シャボン玉おじさんのピンポイントアドバイス

子どもに聞かれたら、この3つの言い方で

「シャボン玉は、いちばんらくな形になりたがっている。それが丸」／「色は、膜のうすさを光が教えてくれている」／「黒くなったら『もうすぐ消えるよ』の合図」。私はショーでこう説明しています。難しい言葉を使わなくても、この3つで子どもはシャボン玉を見る目が変わります。黒くなるところを一緒に見つけられたら、その子はもう小さな研究者です。

なぜ浮く？なぜ落ちる？

意外に思われますが、シャボン玉は空気より少し重いものです。中の空気は外と同じ重さで、そこに膜の重さが足されるからです。だから、風のない部屋でとばすと、ゆっくり下に落ちていきます。それでも空に上がっていくことがあるのは、次の理由です。

大きな輪を振ってとばすシャボン玉は、中に入るのが外の空気そのものなので、息のシャボン玉より落ちやすくなります。屋外で大きなシャボン玉が高く上がるのは、ほとんどが地面からの温かい空気のおかげです。晴れた日の午後、芝生や駐車場の上でよく上がるのはそのためです。

家でたしかめる3つの実験

1. 四角い輪から丸いシャボン玉針金ハンガーを四角に曲げて毛糸を巻き、液につけてとばします。四角い輪から出ても丸くなることを、目でたしかめます。輪の作り方はシャボン玉の道具を手作りする方法で。
2. 黒くなる瞬間を見るコップのふちに膜を張るか、濡らしたお皿の上に半球のシャボン玉を作り、黒い部屋で懐中電灯を当てて見ます。色の帯が下へ流れ、てっぺんから黒くなって割れるまでを観察します。砂糖を入れた液と入れない液で、黒くなるまでの時間を比べると自由研究になります。
3. 温かい息と、うちわの風同じ輪で、息でふくらませたシャボン玉と、うちわであおいでとばしたシャボン玉の動きを比べます。寒い日の朝だと、ちがいがはっきり出ます。

記録のしかたと模造紙のまとめ方はシャボン玉の自由研究に、色のきれいな時間を長くする液の配合は割れにくいシャボン玉液の作り方にまとめています。

シャボン玉のしくみについてよくある質問

この記事を書いた人

シャボン玉おじさん（野村佳史）

シャボン玉アーティスト／シャボン玉おじさん事務所 代表（兵庫県姫路市）

2009年からシャボン玉をとばし続け、保育園・幼稚園、商業施設、お祭りなど全国800施設以上で公演。園では、科学のふしぎを体で感じる「サイエンスバブルショー」も行っています。

• 🏆 ギネス世界記録認定（Longest garland wand・14.317m・2022年11月26日）
• 📘 学研『大シャボン玉チャレンジ』公式監修
• 🚀 成層圏（高さ約30km）でのシャボン玉に世界初成功
• 📺 テレビ出演：TBS・日本テレビ・テレビ朝日・NHK

Instagram：@shabondama.ojisan

まとめ｜丸いのも、虹色なのも、膜のうすさのおかげ

シャボン玉が丸いのは、膜がいちばん小さくまとまろうとするから。虹色なのは、膜の表と裏で反射した光が重なり、厚さごとにちがう色が残るから。黒くなるのは膜が光の波より薄くなった合図で、そのあと割れます。そして浮いたり落ちたりするのは、中の空気の温かさと、まわりの空気の流れしだい。全部、1,000分の1ミリの膜が見せてくれていることです。