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


テーマ:

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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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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