マル爺のひとりごと -2ページ目

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26Jan
- 簡単実験　LED交流点灯器の製作
  　交流は高校物理で学習しますが，「難解」なものとして捉えられています。毎日必ずお世話になっているにも関わらず，理解が困難になっているだけでなくすごく「嫌われててる」のです。なんとかしないといけないのですが，何十年も一向に変化が出てきませんし，むしろ悪化の一途かと。電圧の正負が一秒間に60回入れ替わる，と言ってもそもそも「電圧」とはなんぞや・・・なのです。しかし，早くから (小学生の頃から )電気になじみを持ってきた子たちにとってはそれほど厄介ではないようです。　そこで，なんとか直流と交流の違いを子供達に見せよう，という取り組みが多くの人たちによって行われています。その一つとして，LEDを交流で点灯させるものがあります。昨年末の物理基本実験講座でも交流を取り上げており，その教材の一つとして組み立てていましたが，「簡易交流電源」をどう利用するかという目的で作成したため，一般的な実験器具としては不適でした。それで今回はコンセントに直接差し込みそのまま使えるようにしました。　右の先端に二つのLEDが互いに逆向きに並列接続されています。AC100VからLED点灯に必要なDC数Vの電圧を取り出す方法は，交流を学習したものにとっては簡単なことです。ネットで検索するとその方法はきちんと紹介されているものがいくつかあります。　一例として　This is の田　の実験集　直流・交流観察器　，マル爺の解体工房　LED ナツメ球　回路図としてはこれだけのものですが，基本的な回路としてはには二つの抵抗器はありません。実用回路としては　　　・　470k 作動停止時にコンデンサーたまった電荷の放電　　　・　100 作動開始時の突入電流の制限が「必要」になります。というのも，今回選んだLED (ネット通販で購入したもの ??で素性がよくわからない )が予想しない振る舞いをしてくれ，6個破損してしまいました。　　※ 詳細については　後日組み立て方としては，　まず，電気配線を壁等に貼り付ける際に使用する「モール」を適当な長さに切り取り(今回は50cm)，その一端二箇所にLEDを取り付ける穴を開ける。コンデンサーは474(0.47μF) 400Vはモール内に収まるサイズではないため，モールの底側に穴を開けて取り付ける。上の回路図のように配線をする。半田付けができる人にはこれだけの簡単な工作です。テストしてみると一見二つのLEDが点灯しているだけです。　しかし，この棒を素早く振ってやると交互に点滅しているのがわかると思いますが，いかがでしょうか。欲しい人はお声がけください。　PSこの動画撮影をしていて，ある現象を見つけました。さて，どんなことでしょうね。わかった人にはこの実験装置を差し上げます。
19Jan
- マル棒で同時落下実験器を作る
  　先日の岡山でのイベントで知り合った人からいろいろ刺激を受け，私のHP内を少しチェックしながら古いものは書き換えをして行こうとしています。最近は高校物理だけでなく，中学理科も取り入れていこうと考えるようになりました。そこで手始めとして，その昔若い先生から教わったもので，自由落下と水平投射で，二物体が同時に落下することを見せるものを久しぶりに作ってみました。　説明図は(詳しくは「簡単実験の放物運動」を見てください)この写真のものは10何年か前に作ったものでどなたかに差し上げてしまいました。今回も黒板に貼り付けて使えるようにするということで，当然「マル棒」を使います。マル棒以外は誰でも工作できるように厚紙「板目表紙」を使います。　厚紙一枚では少し弱いので，適当な幅で2枚切り取ります。端を少し曲げ，長い部分をノリで貼り合わせます。折曲げた部分に両面テープを貼り付け，マル棒に取り付けます。先端に落下物体 (硬貨が喜ばれます )を載せる「台」を厚紙の切れ端で作ります。　使い方は一番上の写真のように2枚の硬貨を載せ，先端を少し弾くだけです。一方の硬貨は自由落下で，他方は水平投射になります。床からの高さを変えても2枚の硬貨は同時に床に落下します。是非お試しを !!
13Jan
- 科学教育研究協議会岡山へ　　その二 (仁科会館へ )
  　岡山が世界に誇るべき「天才」の一人が　仁科芳雄　です。といっても，岡山県人でも知っている人はかなり少ないようです。私も大学に入ってしばらくして初めて知った偉人の一人です。湯川秀樹，朝永振一郎のお二人のことは高校生の時から知っていたはずですが，そのご両人の先生とも言える大先生なのです。その教えを受けた人や，さらにはその「孫弟子」にあたる人たちの何人かがノーベル賞を受賞しているのです。その大先生の生まれが岡山県西部の里庄町で，そこには「仁科記念館」があります。いつかは行ってみようとしていたのですが，やっとその機会に恵まれたのです。入り口には　「環境は人を創り，人は環境を創る」　とあります。私がどれだけの人の「環境」になれたかというと恥ずかしいばかりです。仁科の名を知る人が少ないのには理由があります。こんな説明を見せられて「なるほど・・・」と思える人は極めて少ないと思います。私も学生時代この式を勉強しているのですが，もうその「説明」が困難です。館内をしっかり案内してもらえたのですが，皆さん「？？？？？」の連続だったようです。　展示物にはすごいものが多く，仁科先生とは直接の関係がないですが，近年のノーベル賞受賞の関わる極めて重要な実験器具の本物なのです。また，大先生も悩まれたことがあったという「証拠」もあり離ました。叶えられなかった「志望学科変更願」なのです。この願いが叶えられていたら，日本の物理学が大きく変わって (遅れて )しまったであろうというものです。　科学者になろうとする学生さんを指導するであろう，，，という教師 (特に理科，とりわけ物理 )の方はぜひ訪れてみて欲しいところです。このあとは遠方から来られていた人と共に笠岡にある「カブトガニ博物館」に行きました。カブトガニは私が中学生の頃には漁師の息子が学校に持ってくることがあるくらい馴染みのあるものでしたが，今や絶滅寸前だそうです。展示はお世辞にも「素晴らしい」とは言い難いものでしたが，生きたカブトガニを見られるところはほとんどないので，ここも合わせて見学してもらえると良いでしょうね。　おしまい
09Jan
- 科学教育研究協議会岡山・冬の研究会に行ってきました
  　科教協という研究会の全国大会が昨年夏に予定されていたのですが，中止になるもせっかくなのでということで表題の研究会が開催されました。本来の全国大会ではなく，兵庫と岡山の担当者等で一部イベントとプラスαが開催れさることに。中心になる人たちが友人なので私も参加することに。昨日は朝早く山陽道で岡山は「岡山理科大」へ。　ワークショップは化石レプリカを作れるということで予想を遥かに上回る参加希望者があり，とても開催できる状況ではないのに石垣先生のご努力で多くの子どもさんたちが立派なレプリカを作り上げていました。大学の中に「恐竜学博物館」があるというのも流石の「岡山理科大学」ですが，本来は岡山のとある企業が恐竜の大きな博物館を作る計画だったのです。 (実は膨大な数の化石が集められていたのです )　一方，「お楽しみ広場」は会のメンバーが互いに開発した教材などの販売・配布があり，私もいくつか持って行きました。多少は関心を持ってくれるだろうと年末から工作を続けていました。しかし私は　高校物理限定ですから，あまり関心を示してもらえず，一部の実験器具だけしか配布・販売ができませんでした。この会は中止された「全国大会」にどうしても参加したかったという人たちがかなり遠方から駆けつけていて，その中でも岩手から来られた人 (私より少し年上 )としばしお付き合いすることになったり・・・。　このあとは大学内の「自然観察」等に。学生さんの案内で，地層，化石，等々を見て回ることに。さすがの家計学園， (金持ちです )いろいろありますね。　一日のイベントが終了後は皆さんがお泊まりのホテルで懇親会。私はそのホテルに予約を取れず，近くのホテルにしたのですが車を駐車して徒歩でホテルに向かう際に「迷子」に。長年生活していた岡山で迷子になるとは本当に恥ずかしい限りですね。今日01/10二日目はオプション企画で里庄町にある仁科会館へ。　　続く
01Jan
- 明けましておめでとうございます　
  　毎年一年が短く感じてしまうようになりました。それでも大病もなく，コロナにも負けず，なんやかやと楽しみながらの生活ができています。何よりも皆様方の温かい励まし，お気遣い，等々のおかげと感謝しています。年末には久しぶりに高校生相手に授業ができ，元気をいただくことができました。頭の老化には負けないよう，今年もしっかり鞭を打ち少しでも皆さんのお役に立てるよう頑張っていきたいと思います。　ということでは，，，となるのですが今年は正月の家族旅行を10日ずらしたため，家でのんびりと新年を迎えることとしました。その結果久しぶりにゆっくりと7時まで眠ることができました。朝食はいつもの通りのパン食で，そのあとすぐ近所のお宮に初詣。そのあとは普段通りのんびりと過ごしていたのですが，昔の同級生からお誘いがあり郷里の山へ。その途中「えっ・・」と思うところに石碑が。上り口にあるのは「王子権現神社」でその先はいくつかの遺跡群がありますし，「御津山脈」と呼ばれる散策路もそれなりに名前が知られているところです。子供の頃には父親と友人たちに連れられてハイキングしたこともあるのです。そんな山道脇になぜこんなものがあるのか，全く気がついていませんでした。梶山城跡も気になっていて少しは言われを調べてみたいと思いますね。　夕刻のウォーキングはいつも通りにスタートしたのですが，日没寸前の夕日が異常に赤く，慌てて写真を撮ったのですがその赤さを捉えることはできませんでした。　ウォーキングの途中奥方が突然，「ここにも初詣を !」というので久しぶりにお参りしました。普段は参る人もほとんどないのですが，電灯が灯されていました。この神社は見ての通りの小さい神社ですが，何かいわれがあるようでネット検索するとそれなりの情報を引き出せます。内部にもその雰囲気があります。この後もウォーキング路にあるお稲荷さんにもお参りしてきました。初詣はいろいろ欲張りな「お願い」をする人が多いようですが，私は普段家族みんなが元気に・・・といった程度ですが，今回は大きく　「世界が平和でありますように」としっかりお願いしました。　今年も今まで以上に健康には注意を払い老化に負けない日々を送れるよう頑張りたいと思います。みなさん，今年もよろしくお願いします。
13Dec
- 3Dプリンターが不調に ????
  昨年購入したENDER-3は順調に仕事をしてくれていたのですが，先日新しいフィラメントに交換した途端「焼きそば」だらけになってしまいました。ベッドにスティク糊を厚く塗っても引っ付いてくれないのです。以前にも使用していたフィラメントなので「時には不良品が・・」と諦めかけたものの，ほんの少ししか使っていないため諦めきれず色々試行錯誤してもせいぜいこんな程度にしかなりません。フィラメント同士がきちんと接着しておらず簡単に剥がれてしまうのです。　普通ここまで頑張る人は少ないようですが，私はまだまだ諦めません。印刷物をよく見るとフィラメントの加熱温度が200度では低すぎるように感じるので，試しに210度に上げてみました。するとフィラメントがベッドにしっかり着いてくれるようになり，印刷もきちんと完了してくれることがわかりました。左が今回できたもの。　　右は以前作ったもので，やはり完成度は低いようです。さらに少し力を加えると，簡単に剥がれてしまうのです。　それでも印刷温度を高くしただけでここまで改善されたのですからさらに温度を上げるとうまくいきそうだということがわかりますよね。　早速試してみると右のものとほとんど遜色ないまで仕上げることができました。　私の友人は「不良品」ということでたくさんのフィラメントを廃棄してしまったようですが，すごく勿体無いことをしたのかもしれません。同じ症状が出た人はぜひお試しを !!psまた，3Dプリンターを長く使っていると　ノズル詰まりが出て「交換」をするのが一般的のようですが，使っているものはプラスチックのフィラメント(私の場合PLAだけです )からバーナーで少し焼いてしまうとあっさりと解消してしまいます。これもぜひお試しを !!
11Dec
- 超格安電圧電流計の改造　　その二
  　年末恒例の物理実験講習会に向け，実験器具の製作に励んでいます。特に「LEDの電圧-電流特性の測定」については数年前からいくつかの開発をしてきましたが，量産していると　「もっと・・・」と欲が出てきます。　なんといっても物理教員でも工作が得意な人は意外と少なく，少しでも簡単に工作できるように，，，，ということを目指す必要があります。それでも電圧・電流計ユニットはもともと物理実験用に開発されたものではないため，どうしても改良が必要になってしまいます。　前回のチャレンジでは9.999Aの電流計を　999.9 mA に改造したのですが，今回は　9.999mAとちょうど1/1000倍にしたいのです。　シャント抵抗は太いマンガニン線を使用しているもので，その抵抗値など普通は測定のしようがありません。高校の物理では「ホイートストーンブリッジ」を学習しますが，教科書の執筆者自身がこの回路の優れた点を理解しているとは思えず，「未知の抵抗を測定できる」という適当なことが書かれています。単に抵抗値を測定するのであれば数十年前でもきちんとした測定のできる「テスター」が高校にもたくさんありました。しかし，1オーム以下の抵抗値を測定することは「不可能」であり (その意味さえ理解できない人も・・・ )、そのような場合にこそこの回路の真価が発揮されるのです。　と言いつつ，マンガニン線の場合抵抗率がわかっているため，太さと長さが分かれは抵抗値が求まります。そして，今やネットではその抵抗値も簡単にわかってしまうのです。その例が，これで，その抵抗値は　「R005」すなわち　0.005Ωなのです。まさに今回の電圧電流計ユニットにはこの抵抗が使われているため，今回の改造では抵抗値を1000倍にすれば良いだけなのです。ということは，この太いシャンと抵抗器を取り外し5Ωの抵抗器を取り付け，後は微調整用の半固定抵抗器で「校正」するだけなのです。出来上がったものを新しく設計した筐体に組み込み，，，下が新しくできたものです。　　　上は多回転可変抵抗器で電流を変えて測定するものでそれなりの出来具合ですが，LEDに流れる電流をゼロ付近まで絞ることができないのです。しかし，下の物は　可変抵抗器を使わず，コンデンサーに充電する際の電圧変化を利用するため流れる電流もゼロまで絞れるのです。　ただ，この方法は電池の消耗がとんでも無く早いのです。なぜか，，，それはコンデンサーが1Fの電気二重層コンデンサーだからです。3Vまで充電すると蓄えられる電荷はなんと3 C(クーロン)にもなるのです。　また，電圧値と電流値を同時に読み取る必要があるため，回路を組み立てることなくできる電気実験なのに一人で行うことが難しくなります。でもちょっとした工夫で一人でもできることが分かりましよね。　　さて，こんな「簡単実験」器ですが，どれだけ関心を持ってもらえるでしょうね。関心を持たれた方はぜひご連絡ください。場合によょっては製作のお手伝いをすることもできると思います。　
23Nov
- ５桁小型電流計の制作　ですが，，，
  　ここ二ヶ月ほどホームページ「マル爺の実験室」やブログの更新ができていないのですが，それなりには頑張っているのです。一つは年末に行われる物理教員向けの実験講座に使用する実験器具の製作ですし，3Dプリンターで色々小物 (実験用ですよ )作りに励んでいのです。過日，中学理科のY先生から　「５桁ユニットを電流計をたくさん購入したが，右２桁がゼロにならないため別のものを購入し直し不要になった」ということで全て譲り受けたのです。せっかくなので小型電圧計の筐体を少し手直しして「小型電流計」の量産をしました。が，「LEDの電圧-電圧特性」測定器のことが頭にあり，この電流計ユニットの測定域が　「5A」だと思い込んでいたのです。Y先生も上の写真に写っているシャント抵抗が小さいものはダメで，太い銅線上のシャント抵抗が使われているものに買い替えたと言っていたので，私の思い込みはさらに強くなってしまったのです。Y先生からこのユニットをいただいた際に，なぜ5A電流計のシャント抵抗がこんなに小さな抵抗器なのか　疑問には思っていたのですが，1mΩ程度の抵抗値であれば消費電力も小さくこの程度のサイズでも良いのだと思い込んだのです。　しかし，老体・老眼に鞭打ち12台製作した段階で，岡山のN先生に差し上げるためチェクをしようとして「5mA」であることに気がついたのです。中学理科では　5mAレンジの電流計など使うことはまずないでしょうから，1mΩのシャント抵抗を注文し，改造することにしました。　N先生，1月までには仕上げますね。　ちなみにこのシャント抵抗器は　一般に「チップ抵抗器」と呼ばれておりか大きさは1cmより小さいのです。また，その抵抗値の表記には「R001」というように　「R」の文字があります。抵抗の表示には「カラーコード」が使われていますが，このような数値表示にアルファベットが追加されたものが使われるようになっています。この　「 R」は小数点のことで　R001　は　0.001のことになります。　と，ここで　高校物理でももっと使い道があるのではなかろうか，ということでシャント抵抗の外付けを企画しています。高校物理では電流計の「分流器」のことを学習するので，三種類ほどのシャント抵抗を付け替えできるようにしてみようということです。また，この電流系の測定レンジが5mAと小さいことを考えると直列に抵抗値の大きい抵抗器を取り付け，「電圧計の倍率器」の学習用に使うこともできると思います。　ちなみに中高で使用するアナログ電圧計の測定レンジは1mAだったと記憶しています。
26Oct
- 地震観測を続けていますが，少し気になることが
  　昨年夏からずっと地震観測を続けています。旧友の O君設計の地震計を作り，地震について少しは勉強もしているのですが，この地震計の最大の特徴の一つである「3Dプリンタを使って作成する」ということがある意味泣き所を抱えています。私なりのその点についての対策も検討し，先月末には調子の悪かった二号機 (東西の水平動観測用 )も改良が終わり順調に観測できるようになりました。　一年間の観測結果を多少は整理していきたいのですが，学生時代の不勉強もあり，最近の「地震学」にはとてもついて行けそうにないのです。それでもそんな観測の中で，気になることが出てきました。先日10月19日にあった京都南部の地震です。以前からマグにチュード3前後の地震が続いているようで，今回もマグニチュード 1 以上でも一時間に4回発生しています。下二つについては私の地震計の感知限界以下で記録が取れませんし，ましてや体感できはずもありません。上二つの地震の記録を見ると，マグニチュード3クラスの地震は決して大きな被害を出すものではないですが，3分足らずの短時間に2回も発生するのは少し気になります。さらに気になるのは，初期微動と呼ばれるP波が　主要動のS波より大きく揺れていることです。そこで過去のこの地点の記録を探したところ，まず、今年の3月31日では　　やはりp波が少し大きいようですがさほど気になるレベルではないかも。次に，今年の4月13日でも二つの地震が続いていますが、後の方は似た傾向があります。これらの地震の震源は同じところで嵐山の西あたりです。　ここまでは気になる点があるとはいえ，p波とs波が並んで観測されるだけですが，規模が大きく震源までが遠い場合には違う現象が出てきます。これは昨年9月4日の東海道南方おきの地震でマグニチューとが 6 とかなり大きな地震です。s波の後ろにある　「　？波」と記している少し振幅が大きくなっている部分が何を意味するかです。　この辺りについては学生の時にかなり「厳しい指導」を受けていたのですが，難解な数学に翻弄され，現象の本質をまるで理解できないままでした。　定性的な内容だけにしても　「高校地学」では難解なものになるでしょうね。自作地震計は水平動が二台が完成しただけですし，設置場所もしっかりした場所ではないのでまだまだすることはたくさんあります。また，勉強することも非常に多く，頭の老化防止のレベルではなさそうですが，なんとか頑張っていこうと思います。
17Sep
- 超格安電圧電流計の改造
  　電気関連の「物理実験」では測定器の点検・準備が大変な作業になりますし，回路が組めない生徒が大半になることもあり「簡単実験」では色々工夫してきました。中でも格安電圧計は一台数百円での購入が可能ですし，少しの工夫で使いやすくすることも可能です。今回は友人の森本氏から少し相談を受けたため，手持ちの「電圧電流計」の改造をしてみました。これは使い方によっては100V，10aまで測定できる代物で高校の物理実験では十分に機能を持っています。ただ，森本氏から相談を受けた物は三桁表示で「教材屋さん」から購入した高価なものです。やはり10Aまでの測定が可能ですが，森本氏が考えているのは0.5A程度までの電流しか使わないのです。その場合測定値は二桁になってしまうことがあり，なんとかできないかということでした。基盤を確認するとシャント抵抗にチップ抵抗「R005」が使用されているため，「R050」に交換するだけで999mAレンジに変更可能であることを伝えました。 (写真の撮り忘れ )昔はチップ抵抗の購入は地方では難しかったのですが，最近はネット通販で簡単に購入が可能です。　で，私の手持ちのものはどうなっているかというと，，，右端の太いシャンと抵抗をいじる必要があるのです。以前はこれを取り去り，小抵抗を何本か並列接続して使用していましたが，「細くして抵抗値を大きく」すれば良いということで最近購入したリューターで削ってみました。右はオリジナル，左が改造後です。予想以上に細く削る必要がありました。テスターと並べ『校正』して，四桁がしっかり正しい値になるようにできました。ただ，測定値の大きさでその精度が変化 (リニアリティーが良くない )してしまうことがありますが，せいぜい数パーセントの範囲に収まるようです。　で，出来上がり，，，と言いたいところですが，小数点の移動ができないのです。LEDはアノードコモンのダイナミック駆動のため，小数点は各セグメントと共通アノードになっていて別のところで点灯させることはできません。やむなく，目隠しをして「小数点なし」にしてしまうしかないのです。表示としてはMaxが　999.9 mA ということなので，蛍光ペンででも印をつけるしかなさそうです。　今年はこの手のデジタル計測ユニットでいろいろ簡単実験の器具を製作中で，少しアイデアをいただいているのでこのユニットで中学校用の簡易可変電圧電源の製作をしてみたいと思います。アイデアを出していただいた山本先生は森本さんのカイロカードを活用しており，その際の電源が欲しいということでした。なんとか，ご要望に添えるものにしていきたいところです。