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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今日は、振り子とバランスびっくり実験です。
最初は、ニンジンで作ったヤジロベエ。


ヤジロベエはどうしてヤジロベエというのでしょうか?


東海道中膝栗毛と関係があるようです。


京都の三条大橋西詰めに弥次さん喜多さん(弥次郎兵衛と喜多八)の銅像があります。


どちらが、弥次さんかわかりますか?
答えは、右が弥次さんです。


喜多さんは荷物を風呂敷に包んで背中にしょっていますが、弥次さんは振り分け荷物で肩にかけています。この振り分け荷物の形が、両側に重りのある「釣り合い人形」に似ていることから、こういう人形を弥次さんに見立てて、ヤジロベエというようになったそうです。


話が横にそれてしまいました。ニンジンのヤジロベエに戻します。




ニンジンのヤジロベエの手の高さをいろいろ変えてみました。
最初は手が下がった状態で、ヤジロベエになっています。
このヤジロベエの手を上げていくと、だんだんとヤジロベエにならない事がわかります。
ヤジロベエになる条件の一つは、支点よりも重心が下にあることです。



次にニンジンのヤジロベエにタコ糸で重りをつるしたもので実験しました。
この場合、重心は支点より下にあるのに、ヤジロベエにはなりません。


ヤジロベエになるためのもう一つの条件は、手と重りがしっかりつながっていることです。
タコ糸でブラブラと重りがぶら下がっている状態では、重心の力で戻ろうとする力が働きません。


次は、「バランス人形ニンジン君」を作りました。
ニンジンとつまようじを使って、ニンジン君を作ります。
おなかにアルミの針金を挿して、粘土の重りをつけます。





うまくバランスが取れるように調整すると、ニンジン君が立ってくれます。




もう少し工夫をすると、片足で立つようにもなりました。




先生が2ヶ月前に作ったニンジン君は、カンカラピーに乾いて大変小さくなりましたが、
軽くなった分、より安定していろいろな立ち方ができるようになりました。






他にも、プラスチックのスプーンとナイフで作ったバランスや、竹で作ったバランストンボ、
かまぼこ板で作ったワイン立てなどもあります。







えんぴつ君も立ちます。





次は、木の棒に粘土の重りをつけたものです。
重りが上にある方か、重りが下にある方か、どちらがバランスを取りやすいでしょう?
みんなで実際に持ってためしてみました。
重りが上にある方が安定してバランスが取れることがわかります。




どうしてでしょうか。


この棒を倒してみる実験でそれがわかります。
重りが下にある方が、早く倒れることがわかります。
重りが上の方が、倒れるまでの時間が長いので、手でバランスが取りやすくなるのですね。




次は二足歩行ロボットです。
まずはみんなで実験をします。
両手を広げて、ひざを曲げずに足をまっすぐにして歩いてみました。
なんか、歩きにくいですね。
でも、体を左右に揺らして歩くと歩きやすくなります。


ロボットでこの動きを再現しました。


消しゴムと目玉クリップで作った足を、竹の丸棒でつないで、棒の先にペットボトルのキャップに粘土を詰めた重りをつけます。


まん中にタコ糸を結んで、片方の重りを少し揺らして、ゆっくりタコ糸を引っ張るとトコトコ
と歩きます。




引っ張りすぎると、コテンと倒れてしまうので、上手にひっぱるのに少しコツがいります。


最後は、この二足歩行ロボットをみんなで作りました。



実験セットのロボットは、足が消しゴムではなく木でできています。
坂を上手にトコトコ下って行きます。




タコ糸をつけて引っ張ってもうまく歩いてくれました。





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今日は飛行体おもしろ実験の2回目でした。


最初は、よく飛ぶ紙飛行機を作ります。

作り方の手順書の通りにA4サイズのコピー用紙を折っていきます。



こんな形の紙飛行機になります。



結構よく飛びます。

人に当たらないように注意して、飛ばしました。

教室はあまり広くないので、今日は、よく飛ぶことを確認できたら、あとは家に帰ってから広いところで飛ばしてもらうことにしました。



この紙飛行機にゴムをひっかける切り目を入れて、輪ゴムを3個つないだゴムひもで、飛ばしました。

カタパルトによる紙飛行機飛ばしです。

カタパルトとは、航空母艦から飛行機を飛ばす時に、勢いをつけて飛行機を押し出す、射出機とも呼ばれるものです。

ゴムひもで勢いをつけて飛ばすと、さらによく飛びました。



今度は、紙飛行機の宙返りの実験です。

羽根の後ろ部分を上にそらして飛ばします。



このように持って、真上に飛ばします。



すると、クルンと宙返りします。

反対側(下側)にそらして同じように飛ばすと、さっきとは逆回りで、一回転しました。

上向けた時と、下向けた時で、まっすぐに飛ばした時の飛び方を観察しました。

紙飛行機が上向きに飛んだり、下向きに飛んだり(急降下)することがわかります。

これは、飛行機の尾翼の昇降舵と同じ働きをしていることがわかりました。



次は、3枚羽のブーメランを作って、飛ばす実験です。



工作紙を切って作った3枚の羽根に切り目を入れて、重ね合わせて、ホチキスで留めます。

よく飛ぶ(帰ってくる)ようにするには、羽根の外側を少し膨らませたり、羽根全体を少し内側に傾けたりします。上手な子は立っているところにきちんと帰ってくるように、飛ばすことができました。



次は、トルネードリング、というものを作りました。

A4のコピー用紙を2cm幅くらいで端から折っていって、5~8cmくらいの幅になったら、丸い円筒形にしてセロテープで留めます。

これで出来上がり。



トルネードドリングの飛ばし方は、横向きに持って、リングを回転させながら勢いよく前に放り投げます。

すると、リングは回転しながら、飛ぶ方向に向きを変えてまっすぐ飛んでいきます。

これは、ほんとうによく飛ぶので、人に当てないよう注意が必要です。




最後は、実験キットの「おはじきブーメラン」を飛ばしました。

小さなブーメランを発射台に乗せて、指ではじきます。

発射台を少し上向きにして飛ばすと、小さなブーメランが帰ってきます。

小さくてもちゃんとブーメランになっているので、なかなか面白い実験でした。

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今日は飛行体おもしろ実験の一回目でした。

最初は、短冊型の細長い紙を真下に落とす実験です。
紙はどのような落ち方をするでしょうか?




①、②、③から選んでください。
みんなの意見は②のグライダーのように滑空する。というのと③のくるくる回転する。
というのが、半分半分でした。

では、実験です。
回転しながら落ちていくのがよくわかりました。

短冊をもっと細くするとどうなるでしょう。
実験すればすぐにわかります。
もっと速く回転しながら落ちていくことが分かりました。
三角形にしたらどうなるでしょう?




いろいろためしてみました。

短冊状の紙をこのように切れ目を入れて、8の字型にしたものは、もっと高速にくるくる回転します。





つぎは、回転する紙の回転を止めて、グライダーのように飛ばしてみましょう。
回転を止めるのに、ゼムクリップを使います。




ゼムクリップの位置をうまく調整すると、グライダーのようにスーと滑空させることができました。両翼を少しVの字のように反らすとうまく安定します。


次は、自然界で飛ぶものにどのようものがあるか見てみましょう。
タンポポの種は、身近に見かけますね。綿帽子になった種に息を吹きかけると毛の生えた種が
飛んでいきます。
もみじの種もヘリコプターのような形で飛んでいきますね。



熱帯の植物でアルソミトラという植物は、ドッジボールのような殻から大きな羽の生えた種を飛ばします。
そのアルソミトラの種と同じ大きさのグライダーを作ってみましょう。




ふわふわした波形シートを切って、カラーシールを種の代わりに重しとして貼ります。
うまく飛ぶのを確認しながら、シールの枚数を調整します。
最初は、上に4枚、裏に3枚くらい貼って、確認しながら調整します。




うまく出来るとグライダーのようにスーと滑空してくれました。




最後は、実験セットの魚型グライダーを組み立てて、飛ばしました。




胴体がスポンジ状のものでできているので、当たってもケガはしないのですが、人に当たらないよう注意して飛ばしていました。



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今日は、光のふしぎ実験の2回目でした。


最初は、ピンホールカメラの実験セットに入っている2枚のレンズを使って望遠鏡の実験をします。
分厚い方のレンズを目の前に置いて、薄い方のレンズを向こう側に持って覗くと遠くの景色が

少し大きく見えます。
これは400年ほど前にドイツ人のケプラーが発明した、ケプラー式望遠鏡と同じ原理です。
今度は友達の厚いレンズを借りて、手前の厚いレンズを2枚重ねにすると、さっきより大きく見えます。
レンズの組合せを逆にして手前を薄いレンズ向こう側を厚いレンズにすると、今度は小さく見えることも

確認できました。
この望遠鏡の倍率は、向こう側のレンズ(対物レンズ)の焦点距離を手前のレンズ(接眼レンズ)
の焦点距離で割った値となります。


次は、CD盤を使ってまん丸の虹を見てみましょう。
ろうそくの光やLEDの光をCD盤にあててみると、角度をうまく合わせるとまん丸の虹が見えます。
写真ではうまく撮れなくて虹の一部しか映っていませんが、本当にきれいなまん丸の虹が見えました。



今度は、プリズムを使って虹を見ました。
プリズムの平らな面を上にして持って、蛍光灯を見ると蛍光灯が虹のようにいろいろな色に見えます。
プリズムで光が屈折するので、写真のようにちょっと下の方を見る感じで、天井の蛍光灯が見えます。



虹は、赤橙黄緑青藍紫(せきとうおうりょくせいらんし)の7色です。
赤の外側には赤外線、紫の外側は紫外線という見えない色もあります。


同じくプリズムを通して、白、青、緑、赤のLEDの光を見ます。
実際には4つのLEDは真横に並んでいるのに、プリズムを通してみると、青の光は一番低く、
続いて緑、赤の光は一番高いところに見えます。
白の光は、赤、緑、青の光に分かれて縦に3つに見えます。
色によってプリズムを通るときの曲がり具合(屈折率)が違うことが分かりました。



(プリズムを通してみると下のように見えます。)

次は透明なビー玉を使って、パソコンのディスプレイを見ました。
ビー玉も立派な凸レンズです。



ディスプレイにビー玉を当てて見てみると、3つの色の帯のようなものが見えます。
ディスプレイは3つの色(赤、緑、青)ですべての色を作っています。
今のディスプレイは、赤、青、緑を256段階で表現しているので、256×256×256
の1670万色を表現できるようになっています。




「光の3原色(レッド、グリーン、ブルー)」と「色の3原色(マゼンタ、シアン、イエロー)」
についても勉強しましたが、わかってくれたかな?
光と色は裏表の関係にあります。
黄色の絵の具が黄色く見えるのは、青い色を吸収するものでできているので、赤と緑の色だけを
反射するから黄色く見えるのですね。




次は色の足し算です。
赤、青、緑のLEDの光が重なるように紙にあてます。
途中に鉛筆を立てると、鉛筆の位置でいろいろな色ができることが分かります。
一つの色だけを通さない位置に鉛筆を置くと、シアン、マゼンタ、イエローの三色の帯を作ること
ができます。




最後はブラックライトを使って、光るものをいろいろ見てみました。
ブラックライトは紫外線を出すライトです。
明るく光っていないのに目に見えない紫外線を出しています。
食品の中には紫外線があたると光るものがあります。
リポビタンDなどのビタミンBの入っているものは、よく光ります。




カレーをペーパタオルに塗ったものも光りました。
洗濯洗剤を溶かしたものは、白色なのにブラックライトをあてると青く光ります。




木綿は汚れがなくても黄ばんできます。

黄色に青をあてると白になることを利用して、白を際立てるために紫外線で青く光るものが混ぜられているのですね。


食品以外にも郵便局から届いたはがきや封筒には見えないバーコードが書かれています。
ブラックライトをあてると赤いバーコードが光って見えます。




お札も偽造防止に紫外線で光るハンコが押されていますし、VISAのカードも
ブラックライトをあてるとVのマークが現れてきます。



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