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受験生応援し隊~presented by forEst~

~定期的に大学入試に役立つ問題、ためになるコラムを配信していきます~

こんにちは、forEstの鈴木です。

5月も半ばを迎えましたね。今年(2013年)は非常に暑かったり寒かったり、気温の変化がすごい年です。中だるみしやすいこの時期に、体調を崩さないように気をつけてくださいね!

さて、今回の記事は「プラズマ」です。第4の状態とも言われるプラズマ、なんと電子レンジでチンするだけで簡単にできてしまいます!今回は動画を紹介しますが、真似をするのはお勧めしません。空気の分解でオゾン・二酸化窒素が生成するので、動画を見てプラズマの雰囲気を実感してみてください。

このプラズマ、直接的に入試問題で聞かれることはありません。しかしながら、極端な環境で存在することがどういうことなのかを知っておくことは、状態に関する理解をさらに深めて、より化学への興味を持ってもらおうと思っています。

ちなみに私は前回記事で
期待値~ラスベガスをぶっつぶせ!1
の続編を書こうと思ったのですが、最近数学系のエントリが増えて来たので今日は別科目のエントリを書く事としました。いや、続編のネタ切れではないですからね!笑

プラズマとは?


そもそも化学で一番最初にならう状態は「気体・液体・固体」の3種類ですね。ここにあらたな状態として「プラズマ」が来るわけですが、このプラズマがどのような状態になっているかということをおさらいしておきましょう。

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※よく幽霊の原因はプラズマっていうよね

物質が分子から構成されているのは皆さんもご存知の通りかとは思いますが、この分子のうち、原子と電子はいつでもセットになっている、はずです。この原子と電子が、外部からの強烈なエネルギーによりひっぺがされた状態がプラズマとなります。
いつもくっついているものが剥がされているのだから、相当不安定な状態になっています。このため、プラズマは非常に高いエネルギーを持っています。この、不安定なものほど非常に高いエネルギーを持っているは是非覚えておいてください。また、バラバラの原子と電子が元に戻るときにも、余った強烈なエネルギーが放出されます。このエネルギーの充填と放出のサイクルにより、プラズマ発光が起きているのです。

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※プラズマ発光

前述の通りプラズマは普段起こらない異常現象のため、エネルギーは半端ではないものとなります。その温度、何と2万℃。現実では滅多に拝めない以上温度です。

で、どうやって作るのか?


そんなプラズマを見る方法があるわけ・・・いや、あるんですね、これが。なんとこの実験では電子レンジであるものをチンするだけであっという間にプラズマが見れてしまいます。
紹介動画はこちらです。



理論的には、シャープペンの芯(黒鉛)に電子レンジのマイクロ波をあてて、黒鉛を気体状態にすることでプラズマ発光を起こしています。

最後に


プラズマは核融合発電、宇宙機推進システム、環境改善等、様々な分野で活躍する可能性を秘めています。
大学に入ってからプラズマを勉強するところもいっぱいあります、もし興味があれば、大学のホームページからプラズマ物性の研究科を調べてみてください。
今日は『物理』のお話になります!
高校の物理で「光の回折」に関する問題を解いていると、必ず解くことになるこの問題。

『平面ガラス板の上に、大きい曲率半径を持つ平凸レンズの凸面を下にして乗せ、上から一定波長の単色光を当てて、上から見ると、レンズとガラス版の接点を中心とする同心円の明暗の輪が見られる。曲率半径R[m]、光の波長をλ[m]、m番目の明線の半径をr[m]として、明線の位置を表す条件式を求めよ。』
みたいな問題ですね、これはいわゆる『ニュートンリング』と呼ばれるテーマになります。
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今回は、このテーマについて色々と知識を深めて行きましょう!
※解説の考え方などは、最後の方にちょろっとだけご紹介しますね(・∀・)/ニュートンリングについてよくわからない方はそちらを先に見ても良いかもしれません!

さっそくですが、第1問!

ニュートンリングを最初に発見し、論じた科学者は誰でしょう?


さすがに簡単すぎましたかね?(笑)
正解は、アイザック・ニュート…ではなくて、『ロバート・フック』です。
みなさんご存知、ばねの法則である「フックの法則」を発見したあの人です!
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そうなんです、実はニュートンリング(というよりも、平面ガラスにレンズの乗せると光の干渉が見られる現象)は1665年、ロバート・フックが発刊した「ミクログラフィア」という本で初めて紹介されたと言われています。

ロバート・フックのライバルでもあったニュートンは、その光の環が観測される現象を、単色光を当てるなどして、詳細に研究・分析し、その法則性等を見出しました。
見つけるだけではなくて、それについて色々な検証を重ねたので、ニュートンリングと呼ばれるようになったのかもしれませんね。
余談ですが、「フックリング」という名前だと、なにかキッチン用品みたいですね(笑)

■ニュートンリングについての科学史(参考)

■ミクログラフィアに関して


ニュートンリングって何かの役にたってるの?


ニュートンリングは光の干渉の例として、教育上でとても有効な事例として、授業や大学の入学試験で用いられています。

ただ、実はそれだけじゃないんですよ。
実はニュートンリングは実際の社会の中でも色々と役に立っているんです。
それが役に立っている場所は「カメラ(レンズ)工場」です。

工場でレンズを指定の曲率半径に研磨した後に、やっぱり疑問が生まれます。
『本当に指定された曲率半径で、歪みなく研磨できたかな?』
しかし、メジャーを使った所で歪みを発見する事が出来るでしょうか?
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そこで、光の干渉が使われるんです!
下の図の様に、参考となるレンズ(工場原基)の上にレンズを乗せて、光輪の存在を確認してみます。もし、曲率半径が違っている場合は同心円上の歪みが発見されます。さらにその環の周期を見ることによって、どれだけ曲率半径にズレが生じているのか(加工誤差)を見ることができますね。
ちなみに、レンズ自体に歪みがある場合は、光の輪がぐにゃぐにゃになったりするので、それも確認できますね!
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このようにして、メジャーみたいなものを使う事無く、光の干渉を用いることによって、実際には測れないものを計測し、自分達の生産したものが指定された誤差範囲内に収まっているのかをチェックしているんですね。
僕達が勉強してきた高校の物理が、こんな形で活かされているなんて、驚きです!

■Nikon – レンズ原基について


では、第2問!

太陽光を用いてニュートンリングを見ると何が見えるでしょう?


正解は虹が見えます。
それはなぜだか説明出来ますか?
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それは「太陽光が色々な波長(もしくは色)を含んでおり、半径rによって、強められる光の色が変わるから」です。

普段、我々は光の干渉とかの勉強をしていると光の波長λ[m]という、わけのわからん記号が出てきます。その波長が何を表しているのかというと『色』なんです。
あまり深く話をしているとキリがないので、簡単に済ませてしまいますが、太陽光は色々な波長の光を含んでいます。そして、我々は高校の物理の知識で、波長λの光が半径rの部分で強め合う事を計算しました。それはつまり、半径rによって、強めあう波長(色)が違うという事なので、全ての色を含む太陽光を用いて、ニュートンリングを見ると、半径によって違う色が見える、すなわち『虹』が見えるというわけなんです。

単純に「波長λを記号としてのみ捉えている」とこういう事は見えなくなってしまいます。ただ、少し頭をひねれば、物理は机上の空論ではなく、どんどん実態を帯びたものになってきます。

それでは、最後に念のためニュートンリングの明線の式の求め方について、超カンタンに説明していきますね。

ニュートンリングにおける明線の関係式


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画像で、サクサクっと説明してしまいました。
もし、自由端反射とか固定端反射とかが、いまいちわからなかったら、メッセージをくれても構いませんし、教科書や学校の先生に頼ってもよいかもしれません!


今回、私は「意外と高校の勉強って、世の中の役にたってるんだよ♪」という事を伝えることが目的だったので、それが少しでも伝わっていれば嬉しいです。

やっているうちは「馬鹿みたい」と思うかもしれない。でも、勉強したからこそわかる楽しさは絶対にあります。ただの勉強と思わず、なぜそれを勉強しているのかに目を向けてみると、どんな分野でも楽しい発見はあるはずです!

今後も、少しでもみなさんの勉強が楽しくなるような記事を追加していくので、楽しみにしていて下さい!

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forEstの北原です。もうすぐGWですね。勉強は順調ですか?うまくいってる人はこの調子で、そうでもない人はあんまり落ち込まず、まだ勉強してない人はまず少し頑張って勉強、やってみましょう!


今日はどんな人でも絶対に毎日やっているであろう作業、「ノート作り」についての記事です。
私は塾講師をしながら大学生をしていて、授業をする側と聞く側を両方同時期に経験したので、その時に思ったことを幾つか書こうと思います。

何のためにノートを取るのか?


私たちは、それこそ小学生の頃からノートを取りなさい!と言われ続けてきたわけですが、あんまり取り方とかそういうことは教わってない気がしますね。せいぜい「丁寧な字で書きなさい」だとかそれくらいしか言われた記憶がありません。

そもそもなんのためにノートを使うのでしょうか、まずはそこから考えたいと思います。

まず一つには授業を聞いている時に使いますね。何のために使うかといえば、授業の内容を「忘れないために」そして「見直す」ためにノートを使うわけです。これがノートをとるっていうときに一番イメージする使い方かと思います。

次に使う時は授業以外、つまり自分で勉強するときでしょうか。何種類かあると思うのですが、ひっくるめてしまえば「知識を整理して見やすくする、そして覚えるために」ノートを使うと思います。例えば単語帳を作ったり、試験のやり直しノートを作るなどがこの場合に当てはまりますね。

ほかにもノートは使えば無限に使い道の出てきそうな便利ツールなんですけど、受験勉強での使い方はこの二つに大別できそうですね。例えば私がよくやる、自分の考えをまとめるためにノートを使う、みたいなやり方は受験勉強では使わない気がします。

今回は「授業中のノートの取り方」について述べたいと思います。

ノートをとる際の勘違い


ではみんなが先に上げたような目的を達成するようなノートを作れているかといいますと、ほとんどいないといっても過言ではありません。私が教えていたのは中学生だったのでもちろんまだまだ未完成でしたし、自分が受験の時の同級生にも、そして大学の友人から回ってくるノートにも、理想のノートと言えるものは少なかったように思います。

もちろん字を丁寧に書く、とか、罫線にそって書くといった、超~基本的なことはおいておいても、一見綺麗で良いノートに見えても、じつはそこまで良いノートじゃない、って言うこともよくあります。

授業中に作るノートでありがちなノートは例えば
1.「板書そのまま写しただけノート」
2.「やたらカラフルノート」
3.「単語の羅列・体言止めの多用ノート」
4.「矢印だらけノート」
ぐらいでしょうか。もちろん反論はいっぱいあると思います!私も当てはまるものがありますし(笑)

そもそものノートをとる目的を思い出して欲しいんです。そう、「授業の内容を忘れないため、後から見返すため」ですよね?自分のノート見返してみてください。どうです?どんな授業だったか、どこが重要なポイントだったか、思い出せますか?思い出せるならいいです。ノート見なくても思い出せるなら最高です。思い出せないなら、自分のノートが上のどのパターンのノートか考えてみてください。

授業ってどんなものだったか


よくある高校の授業は「50分の間に先生の話を聞いたり、板書をとったりして、新しい分野について理解するための時間」のことですよね。
正直授業中って相当忙しいと思うんです。書くのはしんどいし、先生は板書に書いてもないことを延々と喋ってるし…
で、その中でノートを完成させるという事に注力するあまり、板書写す機械となって「板書を写しただけノート」を作ったり、省略しまくって「単語の羅列、体言止めの多用ノート」が出来上がったり、とりあえずつながりがあるのだけしかわからない「矢印だらけノート」が出来上がってしまったりするのです。

あとひとつ、「授業の中で完成させよう」として、最初から完璧を目指した結果、「カラフルノート」を作ろうとして、肝心の先生の話や、重要なポイントを聴き逃してしまったり。

ではどうしたらいいのでしょうか。大きな心構えとして、言えることは3つ。

1.何処かに書いてあることはノートには書かない。


大きく授業で得られる情報は「教科書や資料」「プリント」「板書」「先生の話」くらいに大別できると思います。
正直、そのうちどこかに書いてある説明は書かなくていいのです。「あ、この箇所は教科書で何とかなるな」と思ったら、それはすっぱり書かない!その代わりに先生の話をよく聞いて、メモる事のほうが大事です。

2.忠実に書こうとしない


板書や先生の言い方に忠実に写そうとしないことです。貴方のやるべきことはテープ起こしのバイトではなく、自分の勉強のために必要な情報をノートに書き留めることです。自分の言葉でも別に構わないと思います。

3.授業内で完成させようとしない


別にその時間で完璧に完成させなくても、後でいくらでも書きなおせばいいのです。どうせ授業だけでは完結せずに、後で勉強するのですから。

この3点を意識するだけで、少し気が楽になるはずです。少なくとも「板書丸写し」「体言止めの羅列」といった時間を端折った結果の支離滅裂ノートは防げると思います。

大事なことはノート筆記マシーンには絶対ならないことです。ノートを取るという作業ひとつとっても、実はかなり能動的な作業ですし、逆に受動的にやっていてはノートを取る意味がありません。

そして、細かいこととしては
・「どうしても黒一色はいやだ!見にくい!」というあなたには!
→色ペンで下線を引こう!
地味に重要語句が出てくるたびにペンを持ち変えるのは地味な時間ロスですし、いちいち「この語句は何色で書こう?」と考えるのも時間の無駄です。ある程度まとまったボリューム書いた所で、まとめて線を引く方が効率的です。
ここまで言っても、「えー赤シートで隠したいから赤ペンで書かないとー」という方。コピーして緑のラインマーカー引いたらいいと思いますし、それは授業中以外の時間でやればいいことだと思います。目的をもう一回思い出してくださいね?

・「矢印だらけでつながりがよくわからん!」というあなたには!
→矢印の上に「だから」「でも」「なぜ?」「何のために?」という風に注釈をつけましょう!
実はこの「矢印だらけノート」は私がノートを作るとよく陥る現象なんです(笑)矢印書くと色んなこと端折れてすごく楽なのですが、まぁあとから見てもよく繋がりがわかりません。
ではなぜ繋がりがわかりにくいのかというと、本当は接続詞や疑問がそこにあるはずなのにそれを省略しているのが問題なのです。だから矢印の上に書いちゃえばいいのです。上が書きにくいなら横でも構いません。とりあえず繋がりが最低限分かるようにしておけば矢印は結構無敵です。



さて、いかがでしたでしょうか。今回は「授業中におけるノートの取り方」について書いてみました。
ノートの取り方にかぎらず、「いかにして無駄を省くか」については、過去に私が書いた記事(サボる人が得をする!?-効率を上げるコツ- http://forestblg.blog.fc2.com/blog-entry-3.html)がありますので、こちらも是非読んでみてください。

次回は少し間が開いてしまいますが、この続きとして「自学自習におけるノートの使い方」について書いてみようと思います。もしもっと面白いこと思いついたら違うこと書きますけどね…(笑) ではまた!