２０１９年２月１６日（土）向陽高校での例会の記録です。

安価なストロボ装置を作ってほしいという要望があり、パワーLEDを光源にし、Arduinoという小型コンピューターを用い、Arduino.IDEという言語でプログラミングをつくりました。 　Duty比（総時間に対する発光時間の割合）は20%だそうです。田中さんによるとストロボだと２％程度が普通だということで、LEDの光量不足を時間で補っているということです。
	光っているのがパワーLEDです。
周波数は調節できますが、とびとびの数値しか設定はできません。（安価なものにそこまで求めるのもお門違いでしょうが。） 　 　ただ、定性的な実験には、十分に威力を発揮しそうです。
	発信周波数とDuty比です。

勤務校の自然科学部顧問から、浮力モデルとして『いきわく１』の「動きまわる砂はまるで水」という実験を使うことについて相談を受け、「浮力モデルとしては厳密には正しくない」ことを告げたところ、驚かれていたということで、モデルの限界を示す一連の実験が行われました。 　ペットボトルから作った容器をＢＢ弾を入れ、そこに、スタンドに固定したばねばかりから糸をつないだ２００ｇのおもりをＢＢ弾の中に押し入れます。 　この状態で、ばねばかりの目盛りは押し込み方によって０〜２００ｇｗまでの値をとります。 　ここで、電動マッサージ器で容器の下方の側面に振動を加え、ばねばかりの目盛りが変化し、押し込み方によらず、アルキメデスの原理を満たす必要条件として、同じ値が測定できるかを調べました。 　結果は、押し込んだ時の値とそれほど変わらず、安定しないというもの。なぜでしょうか？
	上の方はなかなか振動も伝わりません。
奥村さんは、この種の実験ではＢＢ弾とおもりの間の摩擦が減ることで、密度の大きいおもりが沈む（密度の小さい発砲スチロール球を入れれば浮いてくる）現象であり、分子の重力による密度差を実現できていないため、圧力差から生じる浮力モデルとしては機能しないとためとの見解です。 　より適したモデルとして適切だと紹介してくれたのが右のゴム板磁石の実験。分子の重力による密度差を可視化することができます。 　この実験、磁石が磁石工場で作ってもらった特注品で、Ａ４サイズ１枚１０００円です。市販のものでは磁極の向きが同じ向きに揃っていないため、使用できません。
	アルキメデスの原理は成立しません。	これだと密度差が生じます。

言わずと知れたクリップモーターですが、コイルに電流を流し、電流が磁石の磁場から受ける力で回転する仕組みで動作します。 　このとき、作用反作用の法則が成り立つことから、磁石もコイルを流れる電流から力を受けているということから、逆転の発想で磁石を回すモーターを考案しました。 　100円ショップでも手に入るフェライト磁石を２つくっつけたものででエナメル線を挟み、両面テープで接着してあります。エナメル戦、強度と質量の関係からφ1�o程度が良いそうです。 　また、エナメル線の軸は整流子としてはたらくように、半面のみやすりで表面をはがしてあります。
	スペーサーとして同じエネメル線を軸の両横に接着してあります。
台座はスチロールの板でそこに曲面を作ったエナメル線を差してあります。 　そこに、回転子を置き、回転させる方法をとっており、回転時には遊びがありますが、重力があるため、安定して回転し続けます。 　教材としてそれほど知られていないと思われるこのモーターですが、すでに特許が取得されています。許可なしの営利販売はやめてくださいね。
	単純な逆転の発想で作れるシンプルなモーターです。

オシロスコープと変調したレーザーを使った林さん考案のフィゾーの実験ですが、２枚の偏光板で光量を調節し、反射鏡に使用するコーナーキューブを以前より安価なもので試してみました。 　反射率が本格的なコーナーキューブの半分くらいですが、じゅうぶん使えます。 　 現代版！フィゾーの光速度測定
	普及を目指し、更に改良が進んでいます。

「電波の速さをどのように調べればよいか？」林さんの問いから発表が始まりました。 　反射させる方法ですが、オシロに同軸ケーブルをつなぎを送ると、ケーブルの端で反射が起こり、オシロで観察することができます。 　この場合、自由端反射をします。
	同軸ケーブルをつないだだけです。	位相は変わりません。
距離はケーブルの長さを用い、オシロから時間を読み取ることで、測定値が計算でき、結果は20万km/s程度の値となりました。 　光速の2/3程度になりましたが、電磁波が伝わるのはプラスチックであるため、速度が遅くなるためで、プラスチックの屈折率が1.5ほどなので、実測値と合うという説明がありました。 　同軸ケーブルの先端に導線をつないでショートさせると、位相が反転すること、ケーブルに75Ωほどの抵抗をつなぐと反射がなくなるという話もありました。 　田中さんからは、振動させるひもの先端にさらに細いひもをつなぐと、細いひもとの間で反射がなくなる力学的な現象と同じロジックではないかという意見がありました。
	同軸ケーブルに導線をつないでいます。	今度は固定端反射が起こります。

ミウラ折りとは、『1970年に東京大学宇宙航空研究所の三浦公亮（現・東京大学名誉教授）が考案した折り畳み方である。 　ミウラ折りは、人工衛星の太陽電池パネルの展開方法を研究する過程で生み出された。身近なところでは携帯しやすさが求められる防災・観光用地図の畳み方などに使われている』(Wikipediaより）そうです。 　この折り方ですが、山谷折りよりも強度が大きく、ダンボールの中芯にも使われています。 　向陽高校科学部のメンバーは、ミウラ折りの強度と折り数の関係を研究してきました。
	生徒手作りのミウラ折りの作品たち。	強度を測る実験の方法。
実験方法はコピー用紙を２枚重ねにし、数時間ひたすら折り続けます。（高校生の成せる業です！） 　そして、レンガ重ねてを乗せていき、最大耐える事ができる質量から圧力を測定します。 　折数を増やして、細かい構造にするほど、どんどん強度が大きくなっていき、最も強いものでは100kgのおもりにも耐えることができました。 　さらに折数を増やすとどうなるのでしょうか？限界をむかえ、強度が落ちるのか、それとも極大値に収束するのか、折りたくないけど気になるところです。
	５種類も作りました。根気のいる作業です。	実験結果です。

藤田さんが積み重ねてこられたロウソクの炎の帯電に関する研究ですが、これまでの見解はプラズマが生じているのというものでした。しかし、ロウソクの炎の温度は1000℃ほど、炭素Ｃがプラズマになるのは2000℃であるため、プラズマになっていないと考えられます。 　その研究を引き継いでいるのが、向陽高校２年の片瀬さん。 　コッククロフト・ウォルトン回路を使い13000Ｖの高電圧をかけるとロウソクの炎が傾き、何かが帯電していることを確かめられます。 　炭素Ｃを含まない水素の炎に高電圧をかける実験を行おうと、底をカットしたペットボトルの下から水素ボンベで水素を噴射し、火をつけました。 　爆発を伴う危険な実験ですので、ハイスピードカメラで録画した映像から実験結果を確認しました。
	炎が帯電していると思っていましたが。	水素を用いた炎での実験。
すると、炎にはほとんど揺らぎは生じず、帯電していないと判断できる結果でした。 　この事からロウソクのススが熱電子を放出し、正に帯電するため、負極に引っぱられている可能性が高そうです。

クリップモーターはコイルがまわるモーターですが、磁石が回るモーターもつくれるのは、作用反作用の法則が成り立つわけで、両方が回るようにできるはずですよね。 そのアイデアを実現するためにモーターを製作した石川さん。 　 回転軸は、上から載せてあるだけ、重力で軽く押さえています！
	相変わらずの精巧な作りです。
接点は真鍮棒に熱収縮チューブを使い、一部を切り取っています。またまたすごいアイデア！
	整流子には熱収縮チューブを活用！目から鱗です。
磁石を回転させると、コイルは逆向きに回転を始めます。 　逆に今度はコイルを回転させると、磁石がコイルと反対の向きに回転を始めます。 　当たり前といえば、当たり前ですが、これこそ、究極にシンプルなモーターの原理を示す教材だといえます。
	作用・反作用の法則が実感できます。

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