理科の自由研究（紫外線の測定について）

理科の自由研究について相談させてください。
日焼け止めクリームの効果時間を詳しく調べたいと思っています。
できるだけ光量が一定の時間帯で、クリームを何かに塗り、紫外線チェッカーで10分おきに測定して考察したいと思っています。

具体的にどういう状況を測定すれば、正確な実験結果が出せるでしょうか？

また、日焼け止めクリームを使った、ほかに良い実験はありますか？

No.5 ベストアンサー 回答者： stomachman 回答日時： 2024/08/09 02:25

たかが理科の宿題なんだから、とりあえず何か測ってデータを取ればOK、という話でしたら、以下は無視して下さい。

　「日焼け止めクリームの効果時間」とおっしゃるけれども、これを理科（あるいは科学）の言葉として言うには、その意味を厳密に捉え直す必要があります。
　「日焼け止めクリーム」とは何のことか？　いろんな条件で比較するには、同じ「日焼け止めクリーム」をいっぱい用意する必要があります。それらの実験で「確かに同じひとつの物を使った」と言い切るためには、配慮・工夫が必要です。もちろん、日焼け止めクリームにはいろんな製品がある、ということは考慮なさっているだろう。しかし、同じ商品名の製品でも製造時期が違えば同じものとは限らない。ある一つの商品でも、容器内のどの部分に入っているクリームも同じだとは限らない。製造後、あるいは開封後の時間によって変化するかもしれない。
　「効果」とは何のことか？(1)紫外線を遮断する効果なのか、(2)日焼けを防止する効果なのか、(3)皮膚の劣化・皮膚癌の予防効果なのか。日焼け止めクリームの直接の目的は(2)や(3)であり、(1)は手段に過ぎません。しかし、(2)を測定するためには、実際に日焼けしてみるという実験を何度も同じ条件で繰り返す必要がある。(3)はもっと難しくて、長期間に渡って日焼け止めクリームを使った場合と使わない場合で、発症率や重症度がどれほど違うかを調べなくてはならない。そんな実験はとても難しいので、(1)を測定することで代用するしかなさそうです。
　さて、ここに出てきた「紫外線」とは何か。可視光線より波長が短くて、かつX線やγ線より波長が長い電磁波はどれも紫外線です。しかし波長によって生体への影響が全然違うことが知られている。そこで便宜上、波長で区分けしてUVA, UVB, UVCのように名付けられています。日光に含まれている紫外線のうち、日焼けに主に関係するのは、UVBであることは分かっている。一方、皮膚の劣化や皮膚癌の発生に主に関係するのはUVAらしい（実験が難しいから、はっきりした結論はなかなか出せないわけですが）。さらに、個人の考え方、あるいは年齢等によって、その人が日焼け止めクリームに期待する効果は違うでしょう。
　そういう事情ですから、日焼け止めクリームのどんな効果を対象にするかで、紫外線のどの波長を遮断する効果を測定するか、また、遮断率がどのぐらい違えば意味があるのか、ということが異なる。
　さらに、「効果時間」とは？ 日焼け止めクリームは、(a)単に薄く伸ばしただけで揮発成分が蒸発して変化して行くでしょう。また(b)光に当たることで変性するということもあるかもしれない。さらに皮膚に塗った場合には(c)皮膚に染み込んだりするかもしれませんし、(c)汗を掛けば流れて失われたり、(d)人の行動や衣服によっても失われたり、などの変化が起こるでしょう。それらを単に「時間」だけで測れますかね。
　(a), (b)については人体は使わずに実験できるけれども、(c), (d), (e)を考慮するには実際に皮膚に塗って実験するしかない。じゃあ、皮膚に塗った状態で、(1)紫外線を遮断する効果をどうやって測定するのか。これは難題です。結局 (1)で測れるのは(a)(b)だけで、(c)(d)(e)はやっぱりヒトを被験者にして実験するしかなさそうです。しかし、同じ条件に揃えて実験する、ということは不可能です。そういう場合には、「ランダム化」という方法を使い、同じ実験をたくさん（たとえば一つの条件につき10回とか100回とか）繰り返した結果に統計学を応用して結論を出すこともできます。が、時間と費用が莫大に掛かる大規模な実験になるでしょう。

　というわけで、実験するには「医薬品の有効性評価」と同じ手法が必要であり、言い換えればマトモな科学研究を行うことが非常に難しい題材です。

No.4 回答者： e12mv2 回答日時： 2024/08/08 16:30

検証活動とは

「条件CのもとAしたらBになった」
という因果律を見出す活動である。

＞クリームを何かに塗り、紫外線チェッカーで10分おきに測定して考察したいと思っています。
この活動でどういう因果律を証明するのか（すなわち仮説）、それを定めないと検証活動は一歩も前に進まない。

No.3 回答者： himagene 回答日時： 2024/08/07 21:36

紫外線チェッカーでどうやって測るの？反射光を測っても意味ないでしょ。

反射光を測定するのなら、異なるSPFやPAのクリームをアルミの反射鏡の上にずらして塗る必要がありますね。そうでなければ一回ずつ洗って塗りなおsじます。透過率を計算するときに厚さは往復があるので倍になりますが。
いずれにしても、一定の厚さに塗る必要があり、その厚さも測定する必要があります。透過した光を測りたいのであればベースの材料は紫外線が透過する材料である必要があります。石英が望ましいのですが一部のプラスチックも紫外線を通します。
その上で、人体実験です。異なるSPFやPAのクリームを腕か背中に同じ厚さに塗って、日焼けの程度の時間経過を測定します。日焼けの程度は写真を撮って黒化度（濃さの強さを）測ればいいでしょう。

No.2 回答者： 辛辣な錆び氏 回答日時： 2024/08/07 20:46

外がクソ暑いからなぁ

今ぱっと思いついたのが車の中に肉を置いていたら焼けるのか？ってやつ

クリームは関係ないけどね。

No.1 回答者： isoworld 回答日時： 2024/08/07 20:34

紫外線硬化樹脂（容易に入手可能）を試験サンプルに使って１０標本ほど作り、日焼け止めクリームを塗って同時に天日に晒す。

硬化の程度を調べれば、日焼け止めクリームの効果がそれなりに分かります。