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サイエンス ショー 平成２３年８月６日（土）
名古屋市守山区：サイエンス交流プラザ
・7色の魔法のカードを作ろう
１、光の回折
海の波は遠くから風に吹かれてやってきて、防波堤があると波のエネルギーは弱くなりますが、防波堤の内側にも回り込んで押し寄せてきます。この現象を波の回折といいます。
光は直進します。でも光は波ですから障害物の後ろ側にも回りこんでいきます。光が0.1mm以下の狭い隙間を通ると回折します。細い糸を縦横に編んだ布地、すけて見えるシースルーの布地を通して、輝度が大きく明るい小さな光原(点光源)を見ると、光源の周りに網目状の色づいた縞が見えます。これは布地の網目で光が回折して、また光の干渉作用によってきたのです。色の様子をよく見ると、たくさんあるそれぞれの縞の外側が赤、内側が青です。このような縞模様を回折縞といいます。
光の波長は長い方から順に、赤、橙、黄、緑、青、青紫、紫となっています。これが虹の七色です。
シースルーの布地に編んだ糸の数を数えてみると、１ｍｍに１０本から２０本程度の糸が張ってあります。糸の数が１ｍｍに２０本とすると、１ｃｍでは２００本です。そこで、（ａ）格子定数ｄ１＝２００本/cm と記します。
２、回折格子
透明なガラスやプラスチックの板に細い平行な溝を刻んだものを回折格子といいます。縦横に溝を刻んだものと直交回折格子といいます。これを通して光源を見ると鮮やかな虹模様が見えるので、プリズムシートまたは分光シートという名称で市販されています。
溝の本数が異なる市販されている、2種類の直交回折格子を選びました。
（ｂ）１ｃｍに 600本 ･･････格子定数ｄ２＝600本/cm
（ｃ）１ｃｍに2050本 ･････格子定数ｄ３＝2050本/cm
これらの回折格子で光源を見ると、光が波長の違いに分かれて色づいて見えます。そして、格子定数が大きいほど回折縞の間隔が広くなっていきます。
光が波長の違いに分かれたものをスペクトルといいます。光のスペクトルを観察するにプリズムを用いるか、回折格子を用います。
プラスチックの板を通して光源を見ると、ハートの模様などが見えるシートがあります。これをホログラムといって、縞の間隔が等間隔ではなく不規則ですが、その不規則性にある秩序を持たせると、ある映像が浮かび上がってくるのです。ホログラムは光線をある物体に当てた反射光と物体に当てていない直接光の干渉縞によって作られ
ます。この干渉縞を通して見ると元の物体が幻のように浮かびあがってくるのです。市販されているホログラムには、ハート、ニコニコ、秋桜、スパークなどがあります。
２種類の回折格子600本/cmと2050本/cm および５種類のホログラム（ホロスペックスフィルム）をプリペードカードまたは6cm×9cmのプラスチックカードに貼ったものを、七色の魔法のカードと呼ぶことにしました。
上の写真は５種類のホロスペックスフィルムです。１袋１０００円ですので、５種類で５０００円です。㈱ヤガミで市販されています。
下の写真は、プリペードカードに回折格子とホロスペックスフィルムを貼ったものです。
・お金の消える貯金箱を作ろう
お金の消える貯金箱の原理（工作画用紙を使用）
厚紙で作った一辺の長さ6cmの立方体の箱の中に斜めに鏡が置いてある(写真参照)。 箱の内側の壁面には前後左右の４方向対象の絵柄を描くか千代紙を貼っておく。
千代紙を貼っておく。
鏡の中央にハート形や円形のビーズを貼り付ける。鏡に写った部分と重なって、２つのビーズが宙に浮かんでいるように見える。
鏡は塩化ビニールミラーまたはアクリルミラーを用いる。ガラスの鏡では銀鏡面が裏側にあり、ガラスの厚さで真ん中に隙間が生じるが、金属製の鏡やアルミホイル、塩ビミラー、アクリルミラーでは銀鏡面が表側なので隙間は生じない。
鏡の上側にお金(コイン)を投入すると鏡の裏側にお金(コイン)が落ちるので、一瞬、お金(コイン)が消えてしまったように感じる。
ブルーバックス「新パズル物理入門」
という本に書いてある内容です。
この本の２２ページに船の中にいる人が船を押しても、舟は動かないと書かれています。
ところが、手で押した力(作用)の反作用が足の位置に力の矢印⇒が記されています。
手で板を押した力(作用)の反作用の力は板から手に働きます。
「作用反作用の法則：物体Ａから物体Ｂに力が働けば、
同一直線上で大きさが等しく反対向きの力が、物体Ｂから物体Ａに働く。」
「図３が間違いです。」
本文にある力（作用）の反作用の力を正しく書くならば、茶色の矢印です。
・作用反作用の力
作用反作用の力を正しく理解するには、次の力を考えて下さい。
どれとどれが作用反作用の力でしょうか？
Ｆ１は足が地面を押す力の、反作用は地面が足を押す力Ｆ２です。
Ｆ３は台車がＡ君を押す力の、反作用はＡ君が台車を押す力Ｆ４です。
Ｆ５はＢ君が台車を押す力の、反作用は台車がＢ君を押す力Ｆ６です。
Ｆ７は地面がＢ君を押す力の、反作用はＢ君が地面を押す力F8です。
力を加えても動かないとき
力を加えても動かないときは、同じ色の矢印が釣り合いの力です。
茶色の力 Ｆ１とＦ８は地面に働く力、 （Ａ君から地面に働く力 Ｆ１） ＝ （Ｂ君から地面に働く力 Ｆ８）
緑色の力 Ｆ２とＦ３はＡ君に働く力、 （地面からＡ君に働く力 Ｆ２） ＝ （台車からＡ君に働く力 Ｆ３）
黄色の力 Ｆ４とＦ５は台車に働く力、 （Ａ君から台車に働く力 Ｆ４） ＝ （Ｂ君から台車に働く力 Ｆ５）
青色の力 Ｆ６とＦ７はＢ君に働く力、 （台車からＢ君に働く力 Ｆ６） ＝ （地面からＢ君に働く力 Ｆ７）
力を加えて右向き→に加速度で動き出したとき
力を加えて動きだしたときは、同じ色の矢印は力の釣り合いがとれていません。力に大小があります。
茶色の力 Ｆ１とＦ８は地面に働く力、 （Ａ君から地面に働く力 Ｆ１） ＞ （Ｂ君から地面に働く力 Ｆ８）
緑色の力 Ｆ２とＦ３はＡ君に働く力、 （地面からＡ君に働く力 Ｆ２） ＞ （台車からＡ君に働く力 Ｆ３）
黄色の力 Ｆ４とＦ５は台車に働く力、 （Ａ君から台車に働く力 Ｆ４） ＞ （Ｂ君から台車に働く力 Ｆ５）
青色の力 Ｆ６とＦ７はＢ君に働く力、 （台車からＢ君に働く力 Ｆ６） ＞ （地面からＢ君に働く力 Ｆ７）
このときでも作用反作用の２力は力の大きさが等しいです。したがって、次の関係式が成り立ちます。
Ｆ１ ＝ Ｆ２ ＞ Ｆ３ ＝ Ｆ４ ＞ Ｆ５ ＝ Ｆ６ ＞ Ｆ７ ＝ Ｆ８
力を加えて右向き→に加速度で動き出したときの運動方程式
力を加えて動きだしたときは、同じ色の矢印は力の釣り合いがとれていません。力に大小があります。
緑色の力 （Ａ君の質量）×（加速度）＝（地面からＡ君に働く力 Ｆ２） － （台車からＡ君に働く力 Ｆ３）
黄色の力 （台車の質量）×（加速度）＝（Ａ君から台車に働く力 Ｆ４） － （Ｂ君から台車に働く力 Ｆ５）
青色の力 （Ｂ君の質量）×（加速度）＝（台車からＢ君に働く力 Ｆ６） － （地面からＢ君に働く力 Ｆ７）
茶色の力は回転運動に関係します。
（地球の慣性モーメント）×(角加速度)／（地球の半径）
＝ （Ａ君から地面に働く力 Ｆ１） － （Ｂ君から地面に働く力 Ｆ８）
現実には地球の質量、慣性モーメントが大きすぎるので、Ａ君やＢ君が押した力で、地球が回転することはありません。
ちょっと待って下さい。
茶色い力の運動方程式は間違っています。それこそ、ブルーバックスの本に書かれていた、船の中で押し合いをして船が動く訳がないのと同じです。私の間違いではないでしょうか？ 単純に考えると間違えるのが作用反作用と釣り合いの力、運動方程式の力です。
いや、そうでもないです。
摩擦のない水平面上に長い板を置き、その上で人が走り出せば、人が動いた方向と反対向きに板が動き出します。Ａ君と台車とＢ君を一つの物体とみなせば、この物体から地面に働く力は、Ｆ１ と Ｆ８ だけです。
Ａ君、台車、Ｂ君が動き出せば地球は動き出すのです。ハムスターが回転籠の中で走り出すと、回転籠はハムスターと反対向きに回ります。回転円板の上で人が円板の外側の円周に沿って走り出せば、回転円板も人とは逆向きに回りだします。地球上で人が走り出せば、地球は人と逆向きに動き出すはずです。
私も良く分からないので、この件について、ご意見をお寄せ下さい。(ｱﾄﾞﾚｽ) furusawa０２０５ｙ＠ｇｍａｉｌ．com
ダイアモンドの夜景（回折格子を通して見た夜景）
井の頭線・西永福駅の近くの井の頭通りで夜景を撮影しました。
同じ場所で、直交回折格子をカメラのレンズの前に置いて撮影しました。
回折格子は１ｃｍに２０５０本の溝が縦て横に刻んであります。
同じ直交回折格子で電球を撮影しました。電球から５．６ｍはなれて撮影しました。
電球のそばに小さな豆電球があります。その豆電球が１次の回折縞の青い色の位置にあります。なお豆電球と電球の距離は５０ｃｍです。
同じ直交回折格子ですが、離れた距離が３．５ｍです。豆電球が1次の回折縞の赤い位置にあります。
これから光の波長を計算します。
回折格子の溝の間隔ｄは、ｄ＝1/2050(cm)です。豆電球と電球の距離はｘ＝５０ｃｍで、青い光は距離L＝５６０ｃｍ、赤い光は距離Ｌ＝３５０ｃｍ離れました。ｄ･sinθ＝ｍ・λの関係から、ｄ・ｘ／L＝ｍ・λです。したがってｍ＝１より、λ＝ｄｘ／Ｌとなります。
青い光の波長λ＝50/（2050×560）＝0.0000560ｍです。すなわち５６０ｎｍ（ナノメーターです）
赤い光の波長λ＝50/（2050×350）＝0.0000697ｍです。すなわち697ｎｍ（ナノメーターです）
詳しい計算と回折格子の説明はホームページを見て下さい。「実験の小道具」で検索すれば、出てきます。
物理学のアルベルトより。
赤色、緑色、青色、３種のレーザー光線
円柱ガラスを通すとレーザー光線は線状になる。
赤色レーザー光線
レーザー光線の屈折
ガラスの屈折率を１．５とするとＰＱから光が入射角３０°で入射したとすると屈折角は１９°になる。計算式は、
ｎ＝ｓｉｎθ/ｓｉｎφ より ｓｉｎφ＝ｓｉｎθ/ｎ＝ｓｉｎ３０°/1.5＝0.5０/1.5＝0.333 より φ＝１９°となる。
ＣＤ面からガラスの中に入った光線はＤＡ面で入射角４１°であるから 屈折角を計算すると 80°になる。計算は省略する。
レーザー光線の全反射
ガラスの屈折率を１．５で計算すると、入射角６０°で入射した光は、屈折角が３５°である。計算式はｎ＝ｓｉｎθ/ｓｉｎφ より ｓｉｎφ＝sinθ/ｎ＝ｓｉｎ６０°/1.50＝0.866/1.50＝0.577 となり、関数電卓より φ＝３５°が求まる。 ＤＡ面からガラスの中に入った光線は、ＡＢ面に５５°で入射するが、ガラスの臨界角 ｒ＝４２°を超えているんで全反射してＢＣ面に３５°で当たり、ＢＣ面から屈折角６０°で出て行く。
回折格子によるレーザー光の回折実験
スクリーンには点状に写るレーザー光線の光を円ガラスに通すと、線状になる。この光を回折格子に通すと、回折して光は分かれて見える。 このとき ｄ・sinθ＝ｍλ の関係が成り立つ。ｄは格子定数で、使用した回折格子は１ｃｍに2050本の溝が刻んであるので、ｄ＝1/2050となる。λは光の波長、ｍは整数ｍ＝－２、－１、０、１、２、３、４・・・・・・である。θは回折角で赤色レーザーではｍ＝１のとき８°、緑色レーザーではｍ＝１のとき６°、青色レーザーではｍ＝１のとき５度であった。
赤色レーザー光線
赤色レーザーの波長を計算する。λ＝ｄ・ｓｉｎθ/ｍ ここでｍ＝１ であるから λ＝ｄ・ｓｉｎθ となる。
波長λ＝sin８°・（1/2050）＝0.139／2050＝0.0000679ｃｍ すなわち λ＝６７８ｎｍ(ナノメーター)となる。
購入した規格には６５０ナノメーター（赤色レーザー発光モジュールＬＭ－１0１－Ａ ６５０ｎｍ）と記されてある。
緑色レーザー光線の回折
緑色レーザーの波長を計算する。λ＝ｄ・ｓｉｎθ/ｍ ここでｍ＝１ であるから λ＝ｄ・ｓｉｎθ となる。
波長λ＝sin６°・（1/2050）＝0.1045/2050＝0.00005098ｃｍ すなわち λ＝５１０ｎｍ(ナノメーター)となる。
購入した規格には５３２ナノメーター（５３２ｎｍ＋－１０）と記されてある。
青色レーザー光線の回折
青色レーザーの波長を計算する。λ＝ｄ・ｓｉｎθ/ｍ ここでｍ＝１ であるから λ＝ｄ・ｓｉｎθ となる。
波長λ＝sin５°・（1/2050）＝0.0871／2050＝0.0000421ｃｍすなわち λ＝４２１ｎｍ(ナノメーター)となる。
購入した規格には４０５ナノメーター（４０５ｎｍ＋－１０）と記されてある。
レーザー光線の必要な方はご連絡下さい。赤色レーザー発光モジュールは秋葉原の秋月電商で５００円です。乾電池ホルダー、スイッチ、円柱ガラスで８００円程度で作れます。作り方をお教えします。作ります。緑色と青色のレーザーはインタネットで購入しました。
物理学における、力の法則について考えてみよう。
立場が変われば見え方が変わる。絶対的なものの見方は存在しない。
次の絵は、森の妖精といいう絵である。
ごつごつした岩と生い茂った木が生えている。
森の中を歩いているのは、女の人のようでもあり、妖精のようでもある。
ところが、この絵を９０°傾けてみる。左側を上、右側を下としてみると、左側の木と思っていたのは頭の髪の毛、右側の木と思っていたのはあごひげに見えてくる。「立場が変われば見えかたが変わる。」これが人の目なのである。
（その２）
（左側の図）ロ
ケットが宇宙空間を、静止の状態または等速度の状態から、ガスを噴射して加速度運動を始めた。そのときロケットの中にいる人が、手に持っているボールを離したら、ボールは静止または等速度の状態を保つので、人の手から離れて行く。
（右側の図） ロケットが地球上に止まっていて、ロケットの中にいる
人が手に持っていたボールを離したら、ボールは重力を受けて落下して、人の手から離れて行く。
ロケットの中にいる人にとっては、この２つの状態は区別がつかない。だから、左側の図でロケットが加速度運動しているときは、ボールは慣性力を受けて落下したと見るのである。
ところがロケットの外にいる人から見ると、左側の図は、ボールは同じ位置に静止していて、ロケットだけが動いたので、慣性力は働いていないと見るのである。
「立場が変われば見え方が変わる。絶対的なものの見方は存在しない。」
これが物理学の大切な法則である。
（その３）
大型力学台車Ａの上に小型台車Bを乗せ、両側に輪ゴムを数本つないだゴムひもを掛けた。
大型力学台車Ａを急に動かすと、前方（右側）のゴムは大きく伸びる。このとき上の小型台車Ｂに働く力は、右側の力Ｆ１ と左側の力Ｆ２ とどちらが大きいか？
（１）前方（右側）の力Ｆ１ の方が大きい。
（２）後方（左側）の力Ｆ２ の方が大きい。
（３）どちらも同じである。
答えは（１）である。
Pの立場：
大型力学台車Ａの外にいる人から見ると（慣性座標系から見ると）
上の台車Ｂに働く水平方向の力は、右側と左側のゴムの力だけである。
（１）前方のゴムが大きく伸びているので、前方（右側）の力が大きいと考える。
Qの立場：
大型力学台車Ａの中にいる人から見ると（加速度座標系から見ると）
上の台車Ｂの後方（左側）に大きな力が働いたので、前方（右側）のゴムが伸びたと考える。
このとき台車Ｂに働く水平方向の力は、右側と左側のゴムの力の他に、慣性力が後方（左側）に働いていたと考える。下の大型力学台車Ａが急に動いても、上の台車Bには止まり続けようとする性質（慣性）がある。その性質（慣性）により上の台車Ｂには後ろ向き（左側）に力が働いていたかのように考える。慣性力とは実際には働いていない見かけの力である。
このように慣性力は立場によって、働いているかのように感ずる力である。
「立場が変われば見え方が変わる。絶対的なものの見方は存在しない。」
これが物理学の大切な法則である。
物理学の研究 Albertoの物理 アルベルトの知恵
古澤佑一のホームページアドレスは下記です。
furusawanobuturi.web.fc2.com
http://furusawanobuturi.web.fc2.com/
重心移動だるまは元国立高校、小林亜土先生の考案です。
立川高校 野口禎久先生が大小の塩化ビニールパイプを用いて、簡単に製作する方法を考えました。右の写真は完成図です。
だるまの下板の円の中心に、重心があれば、だるまはどの状態でも静止します。重心を下の円の中心より下に移動すれば、傾けても元に戻ってきちんと立ちます。
①
開ける。
② 小さいほうのパイプｋら大きい方のパイプにＭ６のボルトを通し、ナットで２つのパイプを止める。
③ おもり(正方形の金属板)を細長いナットに接着したものを、先端のボルトにはめる。
④ 小さい方のパイプに顔が描かれた紙を貼り付ける。この錘を回転させ上下させると重心の位置を自由に変えられる。
亜土先生は方眼工作用紙で作りました。
円柱のパイプは転がっても、どの位置でも静止します。
重心が円の中心にあるからです。
だるまさんは、上は小さな円板、下は大きな円板だと、
頭が重くてひっくり返ります。普通のだるまさんは、
下の部分を重くして、重心の位置を下の円板の中心
より下にしています。
重心が下の円板の中心にあるように、おもりを調整
すると、だるまはどの位置でも静止します。
空気の重さ
１０℃１atmにおいて１molの空気の重さは
１ｍ３ で 1.28kg
１ℓ で 1,28g
１ｃｍ３で1.28mgです。
アボガドロの法則から、０℃、１atm、１molの気体の体積は22.4ℓを占める。
窒素の分子量は28、窒素１molの質量は28ｇ
酸素の分子量は32、酸素１molの質量は32g
空気は窒素４：酸素１の割合なので、空気の見かけの分子量は（28×4＋32×１)÷５＝28.8
空気１molの質量は28.8ｇ、体積は22.4ℓです。
空気１ℓの質量は28.8g÷22.4 ＝1.28ｇ
空気の密度は 1.28ｇ／ℓ
1.28kg／ｍ３
1.28×10－３ｇ／cm３
外気の圧力が１atmのとき
体積が１ℓのペットボトルの中に圧力１atmの空気が入っていても、ペットボトルに蓋をして秤に載せても、空気の浮力と空気の重さが等しいので空気の重さは測れません。
ペットボトルの圧力が２気圧のとき、空気の浮力は1.28gwでペットボトル内の空気の重さは2.56gwで、秤には2.56gw－1.28gw＝1.28gwのメモリが表示されます。
ペットボトルの圧力が３気圧のとき、空気の浮力は1.28gwでペットボトル内の空気の重さは3.84gwで、秤には3.84gw－1.28gw＝2.56gwのメモリが表示されます。
左の写真は高校生が計画から完成まで４年の歳月をかけて作った、３人乗りの操縦可能な熱気球です。熱気球協会に機体登録してあります。
計画段階で製作図面の検討、紙による1/50の模型の製作、布地による1/10の模型製作、そして安全性に気を配り時間を要しました。
布地が購入から布地の裁断から完成までは１年です。熱気球協会に機体登録をしてあります。
布地(エンベロープ)は機密性保温性の高いイギリス製の布地です。布地の縫い目の縦にはロードテープが縫ってあり、それでゴンドラを支えています。ゴンドラは籐製で着地したときの衝撃に強く、籐製の中にワイヤーが入っていて強度を施してあります。ゴンドラはイギリス製、ガスバーナーはドイツ製です。プロパンのガスボンペは軽いアルミ製を３つ載せています。
(左下の写真は渡良瀬遊水地での飛行)
熱気球は体積が1800ｍ３あります。
赤道の円周が4７ｍですから、半径はｒ＝７．４８ｍ
完全球とみなしたときの体積Ｖは
Ｖ＝４πｒ３/３＝４･3.14･(7.48)３／３
＝１７３０ｍ３
実際は赤道より上は楕円、赤道から緯度45度までは円(球)、緯度４５度より下は円錐形になっています。完全球よりすこし体積は大きくなりますので1800ｍ３
気球内の空気の重さは 1.28kg×1800＝２３０４kg ２．３トンあります。
熱気球の浮力は、気球の外の外気の温度と、気球内の熱空気の温度の比の値で決まります。
外気の温度が熱空気の温度より絶対温度で１割りだけ低いとき、浮力の大きさは、冷空気の重さの１割になります。言い換えると熱空気の温度が外気の温度より １０/９に上昇したとすると、浮力は冷たい空気の重さの１割りになります。
気球内と同体積の冷たい空気の重さが、２３００ｋｇですから、 絶対温度で１．１１１割りだけ上昇したときの浮力の大きさは、２３０ｋｇになります。
計算で確かめて見ます。
ボイルシャルルの法則から、温度が上昇したときの空気の密度を計算してみます。
ｎモルの気体の質量がM０キログラムであったとします。分子量は1000Ｍ０/ｎです。
はじめの温度Ｔ０
はじめの体積Ｖ０
はじめの圧力Ｐ０
このときの密度ρ０＝Ｍ０／V０
変化後の温度Ｔ１
変化後の体積Ｖ１
圧力は変わらないとして、はじめの圧力Ｐ０
（P０・V０）/Ｔ０ ＝ （P０・V１）/Ｔ１
体積Ｖ１＝Ｔ１・Ｖ０/Ｔ０
密度ρ１＝M／Ｖ１＝(M／Ｖ０)・(Ｔ０/Ｔ１)＝ρ０・(Ｔ０/Ｔ１)
気球と同体積の外気の冷たい空気の質量
Ｍ０＝ρ０・Ｖ０
気球内の熱空気の質量
Ｍ１＝ρ１・Ｖ０ ＝ρ０・(Ｔ０/Ｔ１)・Ｖ０
＝Ｍ０・(Ｔ０/Ｔ１)
浮力の大きさF
Ｆ＝(Ｍ０－M１)ｇ＝〔Ｍ０－Ｍ０・(Ｔ０/Ｔ１)〕ｇ
＝Ｍ０ｇ・（Ｔ１－Ｔ０)/Ｔ１
ただし、ｇは重力加速度
ここで、Ｍ０ｇ は冷たい空気の重さ
冷空気の温度がＴ０＝０℃ 273Ｋとして、
熱空気の温度が１０/９割り上昇したとすると、
Ｔ１＝273・10/9＝303.3Ｋ 30.3℃
とすると、浮力の大きさは
Ｆ＝Ｍ０ｇ・（Ｔ１－Ｔ０)/Ｔ１
＝Ｍ０ｇ・（303－273）／303
＝０．１Ｍ０ｇ
我々が製作した熱気球の体積は１８００ｍ３
０℃、１気圧のときの気球内の空気の重さは
1.28kg×1800＝２３０４kg ２．３トンあります。
温度が１割変化したとき：温度が０℃から30．3℃（273Ｋから303ｋ）に
上昇したときの浮力は230kg (注)273×10/9＝303
温度が１割変化したとき：温度が２７℃から60．3℃（273Ｋから333ｋ）に
上昇したときの浮力は211kg （注）300×10/9＝333
温度が２割変化したとき：温度が27℃から102℃（273Ｋから375ｋ）に
上昇したときの浮力は423kg （注）300×10/8＝375
だから熱気球は外気の温度が低いほど浮力は大きくなる。
熱空気の温度が60℃でも夏と冬とでは浮力が２倍以上も違う。
トトロ型熱気球は大きさの関係で、人が乗れません。
布地の重さは長さの２乗に比例しますが、浮力は体積で長さの３乗に比例します。熱気球は大きいほど空に浮かびやすいのです。
東京都理化教育研究会主催、研究協議会 「教師のための支部の実験講習会
日時 2011年２月１０日(木)17:00～20:00
場所 都立立川高校℡042-534-8195 Fax042-527-9906
化学分野 「『化学事始め通信』を活用した生徒の興味を育てる指導」
「探求的な活動を取り入れた有機化合物の識別実験」
｢フェノールフタレインの簡便な合成｣
物理分野 「重心移動だるま」
「断熱圧縮断熱膨張による温度変化の測定器具」
「黒板を走る磁石つき力学台車」
「レーザー光線と円柱ガラスによる光の屈折実験」
１、断熱圧縮と断熱膨張による温度変化の測定器具の製作
ペットボトル、ゴム栓、自転車チューブ空気入れバルブ、デジタル温度計を用いて制作します。製作品はお持ち帰り頂きます。なお、デジタル温度計の温度センサーの太さサイズに合わせて、ゴム栓に穴を開ける必要があります。デジタル温度計は各学校からご持参ください。このゴム栓があればペットボトルロケットを打ち上げることができます。
この実験装置(左の写真)は岡野正敬先生の考案、製作によるものです。大金要次郎先生のホームページから、引用させていただきました。
講習会では、同じものを製作する予定です。ゴム栓と自転車のチューブの空気入れバルブを使用します
２、重心移動だるま 「重心移動動だるま」
は小林亜土先生の考案です。重心が下の円
の中心より下にあれば、傾けても必ず元に戻ってきちんと立ちます。円の中心より下に重心があれば、だるまはどの状態でも静止します。頭が重くて重心を下の円の中心より上にあれば必ず倒れてしまいます。だるまの重心を任意に移動させることにより、面白く、たのしい現象が観察できます。
野口禎久先生が重心移動だるまを簡単に制作する方法を考案しました。
① 大小2種類の径の塩ビパイプを２cm幅に切り、６ﾐﾘのボルトが通る穴を開ける
② 小さいほうのパイプから大きい方のパイプに６ﾐﾘのボルトを通し、ナットで２つのパイプを止める。
③ おもり(正方形の金属板)を細長いナットに接着したものを先端のボルトにはる。
④ 小さい方のパイプに顔が描かれた紙を貼り付ける。このおもりを回転させ
上下させると重心の位置を自由に変えられる。
３、黒板を走る磁石つき力学台車
黒板を走る力学台車は授業の説明に大変に有用である。黒板を斜めに滑らせれば等加速度運動、水平に動かせば等速運動、２台あれば相対速度、ドップラー効果で音源が動くときの説明などに用いることができる。木片、ネオジム磁石と車輪60円×４個で制作できます。
また、磁石付き台車で力の釣り合いと作用反作用、重さと質量、運動方程式の考え方についての考察実験を行うことができます。
４、レーザー光線と円柱ガラスによる光の屈折実験の演示方法
秋葉原の秋月電気で500円のレーザー
光線キット、スイッチ、単３乾電池
２本のホルダーで実験装置を製作し
ました。
生徒実験で台形ガラスを用いてマッチ針を
立て行なう光の屈折実験、全反射の実験があ
りますが、実験で作図した図が正しいか否か、
このレーザー光線で確認できます。その実験
プリントと実験方法を紹介します。