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、磁石のひみつ実験の2回目でした。


最初はスプーンを使った実験です。
前回の磁石のひみつ実験の1回目で、針金ハンガーを磁石でこすると
方位磁針になる実験をしました。


今回は、スプーンでやってみましょう。
まず、スプーンにクリップがくっつかないことを確認します。
(確かに、スプーンは磁石にはなっていません)

このスプーンの底に実験セットの強力磁石を同じ方向に何度かこすりつけます。




すると、スプーンにクリップがくっつくことがわかります。





今度はこのスプーンを強めに金づちにカンカンカンと打ち付けると、
スプーンにクリップがくっつかなくなります。
スプーンの磁力が消えてしまいました。


どうして、金づちに打ち付けると磁力が無くなるのでしょうか?
別の実験で、これを確かめてみましょう。


これは、フェライト磁石を細かく砕いたものです。
(ビニール袋に入れて、金づちでガンガンたたきました)





この細かな磁石を入れたビンを上下にガチャガチャと振ると
この瓶にクリップはくっつきません。


ところが強力磁石で瓶の底を数回こすると、ビンにクリップがくっつきます。


細かく砕かれた磁石は、磁石の赤ちゃんです。
小さくなっているけれどもそれぞれがS極とN局のある磁石です。
その小さな磁石がS、Nの向きがバラバラになった状態で、ビンの中に入っている時は
ビン全体として磁石には、なっていません。



強力磁石で一定方向にビンの底をこすりつけると、赤ちゃん磁石の向きがそろって


ビン全体として1つの磁石のようになります。


磁石の粒のビンをガチャガチャ振ることと、
磁石になったスプーンを金づちにカンカンとあてるのは同じことだったのです。


このように磁化されたものは、強い衝撃で磁力が無くなります。
また、熱を加えることでも磁力は無くなるようです。


先日、先生は近くの公園に行って、磁石を袋に入れたものをごろごろ引きずりながら
歩いて、砂の中の砂鉄を集めてみました。
1時間もせずにこれぐらいの砂鉄を集めることができました。





最近の子供たちは、砂鉄集めをしたことがないようなので、
みんなに砂鉄集めを体験してもらいました。


砂に砂鉄を混ぜたものを洗面器に入れて用意しておきました。
磁石に直接、砂鉄が付いてしまうと砂鉄をはがすのが大変ですので
ビニール袋の中に磁石を入れて袋の外側に砂鉄をくっつけます。
砂鉄が集まったら、紙皿の上で、ビニール袋から磁石をはなすと、砂鉄が紙皿に落ちます。




この方法で、みんなで砂鉄集めをしました。
結構、おもしろくて、夢中になってしまいます。


今度は、今集めた砂鉄を使った実験です。
磁石には磁力線という目に見えない鉄を引き付ける力がはたらいています。
その磁力線を見てみましょう。


紙皿にうすく砂鉄をまいて、磁石の上でトントンと紙皿を指ではじきます。
すると一様に散らばっていた砂鉄がある模様に集まってきます。





磁石の置き方で磁力線の形もさまざまです。





大量にまいた砂鉄でやった場合、磁力線が斜めに立っているのがわかります。
磁力線は平面に出ているのではなく、立体的に出ているようです。





今度は、立体的な磁力線を見てみます。
プラコップに磁石をセロハンテープで付けて、コップに水を入れます。
今度は砂鉄ではなく別のものを使います。
台所やこげた鍋などをきれいにするときに使う、スチールウールです。
これをざるなどの金網にこすりつけて、細かい鉄くずを作り、水の中に入れてストローでかき混ぜます。
そうすると立体的に磁力線を見ることができます。





最後は実験セットを使って、おもしろい実験をしました。
二つのドーナッツ型磁石を使います。
上の磁石の向きを変えると、くっつく方と浮かび上がる方があります。

ここで問題です。
くっついてるのと、浮いているのでは全体の重さは同じでしょうか?違うでしょうか?


浮いているから、浮いている方の磁石の重さは全体にかからない。
というのが、みんなの答えでした。





はかりを使って、測定しました。




結果は、見ての通り。(生徒たちにはわかりました)


どうだったかな?
実験セットにはほかにもいろいろな形の磁石があります。
それらを使って、磁石がおもしろい動きをすることを観察できました。







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今日は、磁石のひみつ実験の1回目でした。


最初は、天然磁石。
用意した天然磁石をみんなに見てもらいました。

クリップがくっつきます。
天然磁石が人類最初の磁石です。




マグネシアというところで見つけられたので、その地名から
磁石のことをマグネットというようになったそうです。


次は方位磁針。方位磁石、コンパスとも言いますね。
方位磁針を観察して、北がどちらかをみんなに聞いてみました。

みんな分かりますね。
では、南は?東は?西は?と尋ねながら、教室の東西南北を確かめました。
そして、教室に北、南、東、西の張り紙を貼ります。


では、方位磁針がない時にどうやって北を探せばいいでしょうか?

ひまわりの頂上の花は、東を向いて咲く。とか
アナログ時計の短針と太陽の方向から、南を知る方法とか
夜ならば、北斗七星から北極星を探す方法とかいろいろあります。

テレビでやっていたのは、マダガスカル島の「旅人の木」というのは
南を向いて東西に葉を広げるので、方角がわかるそうです。
(日本の自然にはないので、マダガスカルでしか役に立ちませんが)



方位磁針でどうして方角(北)がわかるのでしょう?
その理由は、地球が大きな一つの磁石だからです。
地球は、北極がS極、南極がN極の丸い磁石だったんですね。


方位磁針はないけれど、普通の磁石なら持っている、という時には
どうしましょうか。

簡単に、北を見つけられます。
一つは、磁石を紐にぶら下げる方法。
もう一つは、発泡スチロールなどの船にのせて水に浮かべる方法です。

磁石が静止した時にN極のほうが北を指しています。

空気より水の方が抵抗が大きいので早く止まりますから、その分早く北を見つけられます。





次は、針金ハンガーを方位磁針にする実験です。
針金ハンガーを実験セットの磁石を使って、同じ方向に何度もこすりつけると、
ハンガーが磁石になります。



磁石になったかどうかは、方位磁針を近づけて、どちらがN極になっているか調べます。
反対側がS極になっていることも確認して、針金ハンガーを糸でつるします。
ちゃんとN極に印をつけたほうが北を指して止まることを確認できました。



今度は、磁石に張りつくものをいろいろ探してみました。
鉄やステンレスでできたものは磁石にくっつきます。
アルミや銅はくっつきませんね。

おもしろいのは、スチール缶のお茶です。
胴体部分は磁石につきますが、ふたの部分(プルトップなど)は磁石にくっつきません。
スチール缶でも、ふたの部分はプルトップが開けやすいようにアルミでできています。



ステンレス製のスプーンは安いものはよくつきますが、高級な分厚いスプーンは
みんなの持っている実験セットの磁石ではつきませんでした。

だけど、先生の超強力ネオジム磁石にはくっつきました。



そのほかに、ビデオテープも磁石に吸いついてきます。



電車の切符もネオジム磁石では持ち上げることができました。



どちらも磁性体が中に含まれているからです。

切符の裏面にビデオテープから削りだした磁性粉をふりかけてみると、
うっすらですが、バーコードが書かれていることがわかりました。




最後は、お札を磁石で動かす実験です。
テーブルに置いたお札に磁石を近づけてもお札は動きません。
立てた串の先に二つ折りにしたお札をバランスよくのせて、磁石を近づけます。

するとお札が吸いついてきます。
「1000」の数字の部分や野口英世の顔の部分などがよくくっついてくるようです。




お札には、偽造防止のためのいろいろな仕掛けがしてあり、

磁気インクが使われているのもその一つです。
このインクが磁石に反応しているのですね。

ホログラムや、発光インクなども使われています。
虫眼鏡で見ないとわからない、マイクロ文字なども確認しました。



子どもたちは、お札が磁石で動いたことが一番不思議だったようです。


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今日は、空気でびっくり実験の2回目でした。

最初は、箱の天井に吸いつく板、です。
段ボール箱の上に穴をあけておきます。
その穴からブロアーで、箱の中に風を送ります。
箱の中に、板状の段ボールを入れて、上げていくと・・・
最初は、ブロアーの風で下に押されるのですが、持ち上げていくと
あるところで、板が天井に吸いついて、手を放しても落ちてきません。
板状の段ボールが箱の天井に吸いついてしまいました。




風は出ているので、天井にぴったりくっついているわけではありません。
少し隙間をあけて、天井に吸いついています。
紙皿も吸いつきました。紙箱のふたも吸いつくことがわかりました。
どうして????


別の実験で、もう少しわかりやすくやってみましょう。
ビールの空き缶を少し隙間をあけて2つ並べます。
その隙間をストローで吹くと・・・
2つの空き缶がくっついて、カンと鳴ります。



次は、2枚の紙を口の前で隙間をあけて垂らします。
その隙間に息を吹くと、紙がくっつきます。



この2枚の紙を横向きにしたとすると、先ほどの段ボール箱の天井と
板状の段ボールと同じですね。
その間を風が通るとくっつくことがわかります。


これはベルヌーイの定理(法則)と呼ばれるものです。
難しい式の法則ですが、「流速が上がると圧力が下がる」ということです。




この定理を応用したのが。霧吹きです。
コップにストローを挿して、ストローの上部にブロアーの風をかけると
コップの水が霧状になって飛び出てきます。



次は、ブロアーで発砲スチロールの球を空中に浮かせます。
ブロアーの風で球が真上に浮くのは、まぁ当たり前、という感じですね。

球を浮かせたまま、ブロアーを傾けていくと・・・
ブロアーの斜め上で球は浮いていて、落ちません。

左右にいろいろ動かすこともできます。



球が真上の状態で、手で横に球を押しても、手を放すと真上に戻ってきます。
この力のせいで、玉が斜めになっても落ちにくくなっています。



みんなで、順番に玉の輪くぐりをやってもらいました。

すこしコツがいるので、初めはうまくできなかったけれど、全員うまく出来ました。



球の次は、いろいろなものを浮かせました。
アンパンマンも気球に乗った少年(風船と紙コップで作ったもの)もうまく斜め上に
浮かせることができます。





ポイントは、上が丸い形でないとうまく浮かせられないということです。
球体は空気を曲げることがわかっています。
上部の丸いところを空気が曲がって流れる時に揚力が生まれます。


実験セットの小さな発泡スチロールの球を使って、確認です。
この球には穴が開いているので、つまようじに刺して持ちます。
ストローで吹いてこの球を浮かせるには、球のどこを吹けば浮くでしょうか?
みんなでやってみました。






球の下でも真ん中でも球は浮き上がりませんが、
球の上の方をストローで吹くと、球が浮上りました。


空気の流れが曲面で曲がることも別の実験で試してみましょう。
ろうそくの火の横をストローで吹いても火は消えません。
このろうそくの前に円柱を置いて、先ほどと同じようにローソクの横を
ストローで吹くと、円柱で空気が曲げられて、ろうそくの火を消すことができました。





最後は、ぞうの形の空気実験セットで、発泡スチロールの球を浮かせたり、
お皿の形のプラスチックを浮かせたりしました。






今日のみんなの実験レポートを見ると、天井に段ボールが吸いつくのが不思議、
というレポートが一番多くありました。



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今日は、空気でびっくり実験の1回目でした。


最初は、ジャンボ風船。
空気に重さがあるかどうかを実験してみます。

空気に重さがあると思う人?との質問にはほとんどみんなが重さはないとの答えでした。

さて、どうでしょう。


ジャンボ風船は、人間の口から空気を入れてもふくらませられませんので、ブロワーを使ってふくらませます。


その前に、風船の重さをみんなに感じてもらいました。
ふくらませる前の風船を背中にぶつけて、どれくらいの強さか感じてもらいます。




次に、ブロワーで直径約1mくらいにふくらませたジャンボ風船を先ほどと同じように背中にぶつけます。
すごい衝撃で、ドンとぶつかります。




空気は、1リットルで1.29gの重さがあります。
ジャンボ風船は、おおよそ空気の重さ700gと風船の重さ180gを合わせて、1kg近い重さがあるはずです。

でも、ジャンボ風船を持ち上げてもそんなに重さは感じられません。
ふくらませる前の風船と持ち比べても、ふくらませた風船の方が軽く感じるくらいです。
どうして、風船の重さを感じることができないのでしょうか?


空気を、水に代えて実験しましょう。
水を入れた風船。空中でぶら下げるとずっしりと重いです。
この水風船を、水を入れたバケツの中に入れると、重さがなくなることがわかります。
水に中では、水風船の水の重さは、水の浮力の働きで重さを感じなくなるのですね。



水を空気に置き換えると、空気中では空気の入った風船の空気の重さは、空気の浮力によって
感じなくなってしまいます。


だから空気中にいる我々は、空気の重さを感じずに生活しているのです。

でも背中にぶつけると、空気の入ってない風船は、180gのものがぶつかった感じですが、
空気の入ったジャンボ風船は、1kg近い重さの物体がぶつかった感じになります。


空気に、重さのあることをよく感じることはできました。


ぶつかった感じだけでなく、実際に空気の重さを目で見てみましょう。

天秤に二つの風船が釣り合っています。




片方の風船の、空気を抜いてみます。
風船を割らないように、結び目の近くのゴムの分厚い部分に穴をあけて空気を抜きます。
すると、空気の入っている風船の方が重いことがよくわかりました。






このジャンボ風船の空気を抜くときにも、おもしろい実験ができます。
風船に触っていると空気が抜けて風船がしぼむときに風船が冷たくなっているのがわかります。



みんなは、小さな風船(普通の風船)をおでこにあてて、伸ばしたり、縮めたりして温度の変化を感じました。
風船を延ばすときに風船は熱くなり、縮むときに冷たくなるのがわかります。


次は、ロングバルーンを使った実験です。
5mほどある長いバルーンです。

これをふくらませてください。
息をフーフー吹き入れてもなかなか膨らみませんね。



でも、簡単にふくらませる方法があります。
バルーンに口を近づけずに、少し離した所から息を吹き込みます。
すると4~5回息を吹き込むだけでこのロングバルーンを膨らませることができます。
バルーンの口から少し離れたところから息を吹き込むことで、周りの空気も一緒に吹きこまれて
一気にロングバルーンが膨らむのです。



ブロワーでもやってみました。
ブロワーをつけてブロワーの吐き出す空気の量でふくらませる時間と、口から少し離したところから、

ブロワーの空気を送り込んだ時では、圧倒的に口から離してブロワーの空気を入れた時の方が速く膨らみました。


ダイソンの羽のない扇風機もこの原理をうまく応用して製品化されたものです。


最後は、実験セットを組み立てて、空気を吹き出す象さんでシャボン玉を飛ばしました。
室内でやると大変なので、ベランダに出てやってもらいました。



来月は、この実験セットでとても面白い実験があります。



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今日は、振り子とバランスびっくり実験の2回目でした。


最初は、「地震が来たぞ」です。


板に3種類の長さの違う樹脂の棒を刺して、棒の先に粘土の重りをつけます。

これは、高層ビル、中くらいのビル、低いビルです。
板をゆっくり動かすと長い棒の高層ビルがよく揺れます。
揺れを少し早くすると、中くらいのビルがよく揺れます。
もっと早く動かすと、低いビルが最もよく揺れることがわかりました。
このように、ビルの高さによって、揺れやすい振動が違うことがわかります。


今度は、同じ高さですが、重りの重さの違うビルの実験です。
高さが同じなので、同じ振動で共振するでしょうか?




板を動かしてみると、ゆっくりの時に重いビルが揺れ、早く動かすと軽いビルが

よく揺れることがわかりました。
同じ高さのビルでも上部の重さによって、揺れやすい振動が違うことがわかります。


実際に、日本一の高さの「あべのハルカス」では、地震の揺れに対する対策として
スカイツリーにも使われている、心柱構造で揺れを抑えたり、
制振ダンパーというもので揺れを抑えたり、
建物の骨組みに節を作って全体の揺れを抑える工夫などがされているようです。
横浜のランドマークタワーでは、屋上に170tもの重りをコンピュータで制御して、
地震の揺れを打ち消すように動かしたりしているようです。


次は、念力振り子です。
長い振り子と、中くらいの振り子と、短い振り子を一つの棒にぶらさげています。
念力で揺らしたい振り子だけを揺らします。
「どれを揺らしたい」とみんなに聞いて、「長い振り子」と決まれば、長い振り子に
念力を送ります。すると長い振り子だけがゆらゆら揺れます。
今度は、短いやつ。
すると短い振り子だけがゆらゆら揺れます。

先生の、念力を出している左手が怪しい、とか声が怪しい、などの意見がありましたが、
これは誰でもできます。(少し練習すれば、とてもうまく出来ますよ)
揺らしたい振り子が揺れるように手を動かせばいいのです。
他の振り子は、まったく揺れずに、動かしたい振り子だけを動かせるようになります。



同じ長さの振り子で、重さの違うものでもやりましたが、この場合は
必ず、二つとも揺れてしまいます。
これは、次の実験で行う、「共振」というものです。


カメラの三脚を二つ使って、金属の棒を渡します。
これにタコ糸で、振り子を4つぶら下げます。
1つは長い振り子、2つは中くらいの振り子、そして短い振り子1つです。

長い振り子を揺らしても他の振り子は揺れません。
短い振り子を揺らしても他の振り子は揺れません。
中くらいの振り子を1つだけ揺らすと、もう一つの中くらいの振り子も揺れ始めます。
この揺れ方がとてもおもしろいです。
もう一方の振り子が揺れ始めると、初めの振り子は止まってしまいます。
しばらくすると止まっていた振り子が揺れだして、片方の振り子が止まってしまいます。
振り子の揺れが、交互に伝わって、二つの振り子が揺れたり止まったりを繰り返します。

長さが同じ振り子は、共振します。



この共振を、もっとわかりやすく実験する器具があります。
百円ショップで売っている、頭マッサージ器です。
長いワイヤーと短いワイヤーでできています。
長い方のワイヤーを一本だけ、はじくと、他の長いワイヤーがすべて振動します。
短いワイヤーも一本だけはじくと他の短いワイヤーがすべて振動します。
長いワイヤーが揺れている時には短いワイヤーは全く動きません。
長さによって振動する周期が決まるので同じ長さのものしか共振しません。



次は、ブランコ振り子の実験です。
ブランコをこぐとき、どのようにしていますか?
それと同じ動きを、粘土の重りの振り子で実験です。
鉄棒に垂らした振り子をタコ糸のひもを上下させるだけで揺らしてみます。
コツをつかめばみんな上手に揺らすことができました。



最後は、「振り子はデザイナー」です。
三脚に渡した鉄棒にタコ糸を垂らして、真ん中に振り子をぶら下げます。
Y字振り子というもので、不思議な動きをします。
砂を入れたプラ瓶を振り子の先に付けて揺らします。
すると、こぼれる砂でとてもきれいな模様(リサージュ図形)を描くことができます。



Y字振り子ではなく、単振り子でもきれいな図形を描けました。






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