高槻天神先生のブログ

学研JR高槻前天神教室で行っている科学実験教室のブログです
基本、毎月第4土曜日に教室を開いています


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今日は、振り子とバランスびっくり実験の1回目でした。

 
最初は念力振り子です。
粘土で作ったおもりの長さの異なる振り子が3こ、棒にぶら下がっています。
念力の力で、動かしたい振り子だけをゆらします。
どの振り子を揺らすかを生徒たちに決めてもらって、みんなで念力を送ってもらいます。
まずは、いちばん長い振り子でやってみます。
しばらくするとだんだん、いちばん長い振り子だけが動き始めて、かなり大きく揺れます。
念力の力で、中くらいの長さの振り子だけを動かすことも、いちばん短い振り子だけを動かすこともできます。
実は念力で動いているわけではないのですが、ふしぎな感じがします。
少し練習をすれば誰でもこのマジックはできるようになります。
ビルの模型のイメージでこんなものも作ってみました。

材料は下敷きと消しゴムです。
これもどれか一つだけのビルを揺らすことができます。
100円ショップで売っている頭のマッサージ器でも面白い実験ができます。
長い針金と短い針金があるのですが、長いほうを一本だけはじくと他のすべての長い針金が振動しますが、短いほうはピクリとも動きません。
逆に、短いほうを一本だけはじくと他の短い針金は振動しますが、長いほうは動きません。
これらは共振という現象です。
 
同じ周期的振動を与えるとそれに共振する振り子だけが振動が大きくなります。
 
共振する振り子について、大変よくわかる実験をします。
三脚を使って、横糸にぶら下げた4つの振り子があります。
30センチの振り子、10センチの振り子と20センチの振り子が2つです。
30センチの振り子だけを揺らしてもほかの振り子は揺れません。
10センチの振り子でも他の振り子は揺れませんが、20センチの振り子の1つを揺らすともう一方の20センチの振り子が揺れ始めます。
長さが同じ振り子だけがよく揺れていることが分かります。
同じ長さの振り子は共振することで揺れ始めます。
 
30センチの振り子と10センチの振り子をはずして、20センチの振り子2つだけにして、共振の揺れを観察します。
右の振り子を揺らすと、左の振り子が揺れ始めますが、だんだんと右の振り子の揺れが小さくなります。
そして、左の振り子が一番大きく振れるようになったときは、右の振り子の揺れが止まります。
その後、右の振り子がまた揺れ始めて左の振り子の揺れが小さくなっていきます。
このように振り子の揺れが、右の振り子→左の振り子→右の振り子と交互に伝わっていくようすがわかります。
 
振り子が、一定の周期をもつことはガリレイによって発見されました。
振り子の周期は長さのみで決まります。
振り子の揺れの大きさやおもりの重さも周期には関係しないことも実験して確認しました。
 
ガリレイが振り子の周期が一定であることを発見したのは1583年だそうです。そして最初に振り子時計を作ったのは、オランダのホイヘンスという人で1657年だそうです。
 
では、周期が1秒の振り子を作ってみましょう。
正確には、24.8・・・センチの長さの振り子の周期が1秒になります。
今回は、25センチの長さの振り子を作って、実験しました。
10回揺れる時間を時計で測りました。
確かに10秒で10往復しています。
25センチの振り子で1秒が測れるわけですから、振り子時計も25センチの振り子で作ることができるわけです。
次は、周期が2秒の振り子を作ってみようと思います。
1秒の振り子が25センチでしたから、2秒の振り子は何センチでしょうか?
多くの生徒が、50センチ!という答えでした。
50センチ、75センチ、100センチの3つの振り子を作って実験しました。
それぞれの振り子が10回触れる時間を測定しました。
その結果は、みんなの予想に反して100センチでした。
2倍の周期の振り子を作るには、4倍の長さが必要だということです。
3秒の振り子だと、9倍の長さが必要になります。
2なら4、3なら9、この関係は?
 
次は、振り子はデザイナーというとても美しい実験をします。
振り子に図形を書いてもらいます。
プラびんに砂を入れて、振り子の先にぶら下げます。
振り子は、横棒にひもをぶら下げた単振り子と、横糸に振り子をぶら下げたY字振り子で行いました。
黒画用紙の上に下のような図形が書けました。
 
 
 
最初の振り子を揺らす方向を変えることや、Y字振り子のY字の形状によって様々な図形になります。
これらは、リサージュ図形といいます。
 
次はロウソクのシーソーの実験です。
2本のろうそくをつなげて、シーソーを作ります。
ロウソクに火をつけると自動シーソーになります。
下になったロウソクのほうがたくさんロウが溶けます。
ロウがポトリと下に落ちると軽くなって上に上がっていきます。
これを繰り返すので、自動シーソーになるわけです。
炎がゆらゆらと揺れて、見ていて飽きないシーソーです。
最後に実験セットの上皿天びんを組み立てました。
おさるのおもりが1つ1グラムなので、これで物の重さをはかることができます。
 
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今日は、飛ぶものおもしろ実験の2回目でした。

 
最初は空を飛ぶ種について、どんなものがあるか、みんなに聞いてみました。
「空を飛ぶ種」といえばどんな植物を思い浮かべますか?
まず、生徒が答えたのは、タンポポですね。
他にも、もみじの種や松の種、ニワウルシの種、ラワンの種などたくさんあります。

では、最も大きなハネをもった種を知っていますか?
アルソミトラという熱帯に生えるウリの仲間の植物はとても大きな、はねをもった種です。
実物はこれです。
これを作って飛ばしてみましょう。
実験セットにフライングシートというものが入っています。
これを使ってアルソミトラの種を作ります。
実験セットに原寸大のアルソミトラの写真があるので、輪郭をマジックでなぞって、はさみで切り取ります。

種のついている部分に丸い紙シールを貼っていきます。
少しづつ貼っては飛ばしてみて、ちょうどよいバランスが取れるよう調整します。
はねの形なども少しそらしてみたり、調整します。
アルソミトラの飛ばし方は、投げるのではなく、高く手を伸ばして放すだけです。
降下していき、しゃくるような感じで飛んでいくのが一番よく飛ぶようです。
 
次は、アルコールを使って紙コップロケットを飛ばします。
アルコールはガソリンと違って、燃えると水と炭酸ガスに変わる比較的きれいな燃料です。
アルミ缶にカッターで切り込みを入れて、ライターの先がちょうど入るくらいの穴をあけます。
消毒用エタノールをストローで1センチほど吸い上げてアルミ缶に入れます。
手でアルミ缶を1分程温めて中のアルコールを気化させます。
それでは、発射。

カウントダウンをしてライターで点火。
ボシュッと音がして紙コップが1メーター程飛び上がりました。
天井にぶつかるかと思っていましたが、そこまで勢いがありません。
気化が十分でなかったようなので、次は食塩を少しアルミ缶に入れてからエタノールを入れて、先程と同じように点火します。
今度は、前よりも勢いよく飛んでいきました。

アルミ缶から炎が出ているのも見えます。
エタノールの代わりにウィスキーでもやってみました。
ウィスキーは40%ほどのアルコールが入っています。
ウィスキーでも、食塩を入れてやると、結構飛び上がりました。
 
自分で竹トンボを作ろうとすると結構大変ですが、工作紙とストローで簡単に竹とんぼは作れます。
紙コプターです。
長方形に切った工作紙とストローをみんなに配ってそれぞれ自分で作ってもらいました。
工作紙を折り曲げて、ストローで挟んでホッチキスで止めるだけです。
プロペラに角度をつけてやると、よく飛ぶようになります。
自分で工夫して、よく飛ぶ紙コプターにして飛ばしました。
 
次は、ヘリコプターゴマを作って飛ばします。
お弁当やお惣菜が入っている透明プラスチックを使います。
図のような型紙でマジックで輪郭をうつして切り抜きます。

点線部分を定規をあてて45°くらい傾けます。
中心部分の黒い点のところにボールペンの先を強く押し付けて、でっぱりを作ります。これで出来上がりです。
でも、このヘリコプターゴマを飛ばすにはかなり練習が必要です。
時間内に飛ばすことができた生徒は、10人中で2~3人でした。
飛ばす方法は、ヘリコプターゴマを机の上に置いて真上からストローで吹いて、勢いよく回転させて吹き終わりに顔をよけます。

するとヘリコプターゴマが20センチほど飛び上がるのですが、吹き終わりにうまく顔をよけるのがなかなかむづかしいようです。
 
他にも、下図のようなものをコピー用紙を使って、作りました。
いろいろな飛び方をするので、楽しく遊びました。
 
 
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今日は、飛ぶものおもしろ実験の1回目でした。

 

最初はニンジンでっぽうです。
使うのは、ニンジンとストローです。
ストローは太いストローと細いストローを使います。

1センチくらいの厚さに輪切りしたニンジンに太いストローを丁寧にねじ込んでいきます。
ストローにニンジンの弾が入りました。
反対側にも同じようにニンジンを押し込んで、細いストローを差し込みます。

細いストローを、えい、と押すとポンという音がしてすごい勢いでニンジン弾が飛び出していきます。

決して人に向けて撃たないように。
教室には手製の的を貼っておきましたので、それに向かって打ちます。
ニンジン弾は、後ろのニンジンにぶつかって、飛んでいるのではありません。
ニンジンの間にある空気が押し縮められてその空気圧の力でニンジンが飛び出しています。
ニンジン以外でもうまくいくでしょうか?
大根、ジャガイモ、キュウリ、、など試してみてください。

次は、スーパーボールを使った実験です。
大きなスーパーボールと小さなスーパーボールがあります。
スーパーボールは大変良く跳ねるボールですが、どのボールも
胸のあたりからスーパーボールを落としても元の高さまでは、跳ね返ってきません。
そこでこんなロケットを作ってみました。

大きなスーパーボールにロケットのようなはかまを取り付けました。
この中に小さなスーパーボールを入れて胸のあたりから落としてみます。

これにはみんなビックリでした。
小さなスーパーボールが、コンと音を立てて勢いよく天井にぶつかっていきました。
(天井に蛍光灯などないことを確認して行わないと大変なことになります。)
下にある大きなスーパーボールが先に床にぶつかって跳ねます。
小さなスーパーボールは、跳ね上がってきた大きなスーパーボールにぶつかって跳ね飛ばされるので、より高く飛びます。
 
コインを使って、試してみましょう。
工作紙に百円玉と一円玉を置きます。
百円玉をはじいて一円玉に当てると一円玉は遠くまではじき飛ばされますが、一円玉をはじいて百円玉に当ててもそれほど遠くまではじかれません。
小さなスーパーボールが大きなスーパーボールにはじかれたので、より勢いよく飛んだのですね。
スーパーボールに穴をあけて、こんなのも作ってみました。
次は、トルネードリングを作って飛ばします。
コピー用紙1枚とセロハンテープだけでできます。
コピー用紙を長いほうから2センチ幅くらいでくるくると折りたたみます。
5~8センチくらいになったら、リング状にセロハンテープでとめれば出来上がり。
これをどのように飛ばせばよく飛ぶのか、生徒たちに考えてもらいました。
いろいろな方法を発表してくれましたが、
一番よく飛ぶ飛ばし方は、横向きに持って回転させながら投げる方法です。
横向けに持つのは良く回転させるためです。

横向けに投げてもすぐに縦向きにかわって飛んでいきます。
くるくる巻いたほうが重くなっているので、重いほうが前になって飛んでいきます。
うまく投げると驚くほどよく飛んでいきます。
 
実験セットには、紙皿とゴム管が入っているので、これで紙皿フリスビーも作りました。

紙皿だけをフリスビーのように飛ばしてもあまり飛びませんが、ゴム管を周りに巻いて作った紙皿フリスビーはとてもよく飛びます。
底のほうを上にして飛ばすほうがよく飛ぶことも確認できました。
 
最後は、紙コップを飛ばしてみました。
紙コップ2つを底の部分を向かい合わせにして、セロハンテープでくっつけます。
このコップを飛ばすためには、輪ゴム6コをつないで作ったゴムひもを使います。
ゴムの端を片手の親指で押さえて、コップのつなぎ目に2~3回巻き付けます。
片方のゴムひもの端を前に腕をのばして、コップをはなすとコップが回転しながら飛んでいきます。

どのような回転の時がよく飛ぶでしょうか?
コップを縦にして飛ばすとカーブやシュートが投げられます。
うまく飛ばすには少し練習が必要です。
 
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今日は、光のふしぎ実験の2回目でした。

 
最初は、プリズムを使った実験です。
光は何色でしょう?
プリズムを通して蛍光灯を見るときれいな虹が見えます。
光には、赤い光、緑の光、青い光などいろいろな色の光がまざっています。
光は色によってガラスで屈折する度合いが異なるので、光がプリズムを通ると、色の種類ごとに分かれて見えます。
つまり虹が見えるわけです。
みんなもプリズムを手にもって順番に確認しました。
 
雨上がりに見える虹は、空気中の水滴がプリズムのような働きをするので、虹ができるわけです。
 
このように無色に見える光もいろいろな色の光の集まりだということがわかります。
次は、レプリカフィルムというものを使って虹を見てみましょう。
レプリカフィルムは目に見えないほどの細かな細い筋が縦横に作られています。
このフィルムを使って、懐中電灯やLEDの光を見るとレプリカフィルム上に規則的な虹を見ることができます。(うまく写真にとれませんでしたが)
生徒のみんなも実験セットに入っているレプリカフィルムで黒い紙にあけた小さな穴を通して光を見ました。虹がいっぱい見えてとてもきれいです。

透明CD盤を通して光を見た時も同心円状にきれいな虹を見ることができます。
レプリカフィルムや透明CD盤で作った虹は、プリズムで見た虹とは異なる原理によるものです。
プリズムの場合は光の屈折ですが、レプリカフィルムの場合は光の回折によって作られます。
 
先月の実験でやったようにビー玉を新聞紙の上に置いてみると、文字が大きく見えます。
ビー玉はすごく拡大率の大きな凸レンズです。
このビー玉を使って、タブレットの液晶画面を見てみましょう。
大きなビー玉よりも小さなビー玉のほうが拡大率が大きいです。
液晶画面の白いところを見てみると、赤、青、緑の縞が見えます。

液晶画面の色はすべて、この赤、青、緑の三つの色で作られています。
これが光の三原色です。
 
色の三原色は、赤(赤紫:マゼンタ)、青(空色:シアン)、黄色(イエロー)です。新聞のカラー写真を拡大して見てみるとこの三つの色で印刷されていることが分かります。
カラープリンターもこの3色と黒色のインクで印刷しています。
 
では、この三つの光でいろいろな色の光を作ってみましょう。
赤、青、緑の光を出すLEDでできた光実験スタンドを使います。
光実験スタンドで3つの色が重なるように調整します。
途中に鉛筆で影を作ると光の重なった影ができます。

赤と緑が重なったところは黄色(イエロー)、赤と青の重なったところは赤紫(マゼンタ)、緑と青の重なったところは空色(シアン)になっているのが分かります。
(光と色とは裏表の関係にあります)
三色ライトだとよく分かります。
 
次は、夕焼けがどうして赤いのかを実験で確かめてみましょう。
コップに白く濁った水が入っています。
このコップに懐中電灯の光をあててみます。
いろいろなやり方がありますが、コップを通して白い紙に懐中電灯の光をあてます。
コップを通さずに直接懐中電灯の光をあてた場合と比べてみます。
白く濁ったコップを通した時には、少し赤くなっているのが分かります。
コップの下から懐中電灯の光をあてる方法でも、直接懐中電灯の光を見るのと、コップを通して見るのとでは、赤くなっていることがよくわかります。
 
この濁った白い水は地球をおおっている大気です。
太陽の光は、昼は真上から地球を照らしていますが、夕焼けの時には横から地球を照らしています。
太陽の光は、昼間よりも夕焼けの時のほうが長く大気中を通ってきています。
光は小さな粒にあたると、周りに散ってしまう性質があります。(散乱)
青い光は散らされやすく、赤い光は散らされにくく遠くまで届きます。

空気中の水滴やチリなどで散乱しながら光が届くわけですが、赤い光が一番遠くまで届くので夕焼けが赤くなるわけです。
 
最後は見えない光のマジックです。
見える光(可視光線)は虹の色ですね。
赤、橙、黄、緑、青、藍、紫(セキトウオウリョクセイランシと覚えます)
赤より外側が赤外線、紫より外側の光を紫外線と呼びますが、赤外線も紫外線も見えない光です。
紫外線は目に見えない光ですが、日焼けの原因になることでよく知られています。
英語では、ウルトラバイオレットというのでUVという言い方もされています。
紫外線を出すライトで、ブラックライトというものがあります。
紫外線だけだと目に見えないので(点いているかどうかが分からないので)少し青い光も出ます。
この紫外線は、実はいろいろなところで利用されています。
紙幣、使用済みのはがき、クレジットカードに紫外線をあてると隠れた暗号が見えます。
お札にブラックライトをあてると、印鑑のところが少し光ります。

はがきには、オレンジ色のバーコードが書かれているのが見えます。

VISAのクレジットカードでは、VISAのマークのところにVの文字が光って見えるようになります。

はがきのバーコードは小さな郵便局でも自動仕分けができるように大きな郵便局でつけられています。
紙幣やクレジットカードは、本物であることを確認するために使われています。
 
蛍光物質は、紫外線があたると光ります。
身の回りにいろいろな蛍光物質があります。
蛍光ペンで書いた文字も紫外線で光ります。
洗剤で蛍光増白剤が入っているものがあります。これは黄ばみを白く見せるために青い蛍光を発するようにしているわけです。

ほかにもカレーに使われるターメリックも紫外線で光ります。

先生の来ている白衣にブラックライトをあてると青白く光りました。(蛍光増白剤入りの洗剤で洗ったということです)

自然界では、蛍石という石は紫外線があたると光ります。
栄養ドリンクもブラックライトで光ります。
これは、ビタミンB2が紫外線で光る性質を持っているためです。
コピー用紙も白く見せるために蛍光染料が使われています。
蛍光染料不使用の「天ぷら敷紙」と比べると、コピー用紙のほうが光っているのが分かります。
おもしろいものでは、UVチェックビーズというものがあります。
白いビーズですが、ブラックライトをあてると色が変わります。
紫外線がなくなってもしばらく色がついていて、10分ほどで元の白に戻ります。
生徒のみんなには、洗剤を水に溶かして紙皿に絵や文字を書いてもらいました。
乾くと何が書かれているのかわからなくなりますが、ブラックライトをあてると書いた絵や文字が青白く光って見えました。
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今日は、光のふしぎ実験の1回目でした。
 
まずは、水を入れたコップで実験です。
コップに水を入れると不思議なことが起こります。
コップの後ろを先生が歩きます。

生徒にコップを通して先生を見てもらいます。
生徒から見て、右から左に歩きました。
コップを通してみた先生は、どうみえるでしょう?
なんと左から右に歩いている姿が見えます。
左右が逆さになっています。
コップの水のところで光が曲げられて、左右が入れ替わっているようです。
これは一種の凸レンズ、虫眼鏡のようになっているように思えます。
ということは、虫眼鏡のようにものが大きく見えるのでしょうか?
コップを通して紙に書いたものを見てみると、たしかに大きく見えます。
ワンカップ大関のラベルの内側には絵や文字が書いてあって、お酒が入っているときは大きく見えます。

(左が空っぽ、右が水の入ったワンカップ大関)
 
確かに水の入ったコップが、虫眼鏡のようになっていますね。
では、このコップのレンズと虫眼鏡をならべて実験します。
人形を歩かして見てみます。
どちらも左右が逆さになっていますが、コップのレンズと虫眼鏡では違うところがありました。
それは虫眼鏡は上下も逆さになっているのに、コップのレンズは上下は逆さにならないということです。

どうして??
 
ビンに入れた水で字を見てみましょう。
コップの時と同じように凸レンズになるので字が大きく見えます。

ビンに少し空気の入ったものでは、空気の部分を通してみると今度は字が小さく見えます。
空気の入った部分は凹レンズになっています。
次は、現れるコインの実験です。
洗面器の底に5円玉が貼り付けてあります。
みんなは5円玉がぎりぎり見えなくなるところまでさがって立っています。
そして、洗面器に水を入れていくと、、、

あら不思議。だんだん5円玉が見えてきます。
水によって光が曲げられて(屈折して)5円玉が見えるようになりました。
また、洗面器の底が浅くなったように見えています。
プールなどでも向こうのほうが浅く見えるのもこの光の屈折によるものです。
 
では実際に光が曲がっているようすを見てみましょう。
コップに白く濁った水が入っています。
レーザーポインターの光をあてて、コップの下のほうからだんだんと上にあげていきます。
水面から光が当たった時に光がカクンと下に曲がるのが分かります。
空気中での光の通り道も見えるようにするには、ペットボトルに白い水と線香の煙を入れます。

写真ではうまく写っていませんが、空気中と水中の光の筋が確認できました。
 
次はびっくりマジックです。
なんと、試験管が消えてしまいます。
用意するのは、試験管とコップとサラダオイルです。
サラダオイルを入れたコップに、同じくサラダオイルを少し入れた試験管を入れると、試験管の下の部分がパッと消えます。
水では、このようにはなりません。
パイレックスという名のガラスは試験官と同じ材質なので、家でも同じような実験ができます。
なぜ消えるのかというと、耐熱ガラスの屈折率とサラダオイルの屈折率がほぼ同じだからです。
 
最後は、偏光板を使った面白い実験をいくつかします。
偏光板を2枚使って円筒を作ります。
この筒にはまん中に真っ黒な壁があります。

壁があるのに鉛筆が通ります。
次は、2枚の偏光板を重ねて、向こうの景色を見ます。
片方の偏光板を回転させると景色が見えたり、消えたりします。

コップに映ったスーパーボールの像を偏光板を通して見ます。

偏光板を回転させると像が現れたり消えたりします。
液晶の時計を偏光板を通して見ます。

同じように偏光板を回転させると液晶表示が見えたり、真っ黒になったりします。
液晶ディスプレイは偏光板を使って作られているので、このようになります。
テレビの画面(液晶ディスプレイ)でも同じことができます。
 
偏光サングラスというものがあって、釣りをする人には重宝されています。
偏光とは、一定方向からの光しか通さないということです。
そのため波で乱反射して眩しい水面のギラギラがずいぶん軽減され、水中がよく見えるということです。
 
透明プラ板にセロハンテープを貼って、2枚の偏光板で挟んで見てみます。
片方の偏光板を回転させると色や明るさが変わります。

セロハンテープを様々な方向にたくさん重ね張りして偏光板で挟んで見てみると、ステンドグラスができます。

偏光板を回転させるといろいろな色に変わって、とてもきれいです。
 
生徒のみんなも実験セットでステンドグラスを作ってその美しさを確かめました。
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