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例会速報 2004/03/14 慶應義塾高校
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授業研究：平野のネコシステム 平野さんの発表
YPC例会では、毎回冒頭に授業実践に関する発表を行い、討論することにしている。今回のレポーターは以前からリクエストの多かった平野さんだ。以下平野さん自身による要約コメントをご紹介する。
生徒の積極的に授業に参加する姿勢を育成するために，私の授業では「ねこシステム」を導入している。定期テストの一部分の問題を「ねこ問題」に指定し，その問題に不正解の場合には「えらこっちゃ猫」のスタンプが答案用紙に押される。ねこ20匹で10段階評価のほぼ1ポイントの減点になることを生徒に予告してある。 授業中の演示実験などのボランティアとして積極的に参加したり，鋭い質問や考えを発言したときや，授業中に実施される「ねこはずしゲーム」を制した場合には，それまでに獲得している「ねこ」の数を減らすことができる。
このゲームは，授業中の発問に「ねこ３匹免除」等の懸賞をつけ，合図とともに挙手をさせ先着3名に解答権を与えるものである。解答権をもつ生徒が正解やよい考えを述べたとき「ねこ」の数を減じる。不正解の場合でも「ねこ」の数は増えない約束をしているので，生徒は安心してゲームに参加している。
超簡単・雲発生実験 大谷さんの発表
大谷さんが、神奈川理科サークルで、山城中の斎藤さんから見せてもらった実験を紹介してくれた。斎藤さんは同僚の中野さんから教えてもらったとのこと。
PETボトルによる雲発生実験は数多く行われているが、 従来は大型注射器（浣腸器）をつけ、ピストン部を押したり引いたりして行うものや、空気入れで加圧して栓が抜けるときの急膨張を利用したものが多かった。いずれも他の道具や、部品の加工を必要としたが、この方法は究極的に簡略化されているので、生徒１人１人に実験させられるのが利点である。
方法はこうだ。まずペットボトルの中を水でぬらし、線香の煙をほんのちょっと入れて、ふたをしめる。準備はこれだけだ。あとは、ペットボトルを手で押したり、離したりする。押すと雲が消え、離すとみごとに雲ができる。
中２の気象で行う実験だが、断熱膨張・圧縮の実験でもある。露点以下に、温度が下がると、水蒸気が、線香の煙を、凝結核にして、水滴となって現れるのだ。
パッケージ・プラで等高線 大谷さんの発表
中学１年で、地図の等高線を見ながら、２０ｍ隆起・沈降したらどうなるかという授業をやるのだが、等高線自体が理解できない生徒がかなりいるという。そこで大谷さんは、商品の保護用に成型されたプラスチックパッケージに、油性ペンで、１ｃｍ毎や0.5cm毎の等高線をひいて教材にしている。お手軽なうえに、等高線の理解に役立つ良い教材だと思う。
描いてみると意外に難しくて、それ自体の楽しみにハマるようだ。生徒銘々にやらせるとなおよいだろう。油性ペンの方を水平に固定して、パッケージの方を動かして描くとよいのでは、という参加者からのアドバイスもあった。
東西を向く磁石 加藤俊さんの発表
これは加藤さんの友人がロンドンで入手してきたものだそうだが、名前は不明。回転楕円体をしており黒光りするように光沢研磨されている磁石である。回転させてやるとしばらく廻って最後には東西方向を向いて止まる。なぜ東西を向くか？
磁石はかなり強力で、磁界観察そうで調べてみると、写真のように短軸方向にＮＳが形成されているのである。この磁石２つを両手に持って、空中で合体させるとカチャカチャチャチャーと残響音を発するのも面白い。
このオモチャ？の本来の使用目的は不明である。正体をご存知の方はぜひ情報を。
プカプカふろっぴー 加藤俊さんの発表
エポック社から発売されている浴玩で、定価315円でオモチャ屋さんで売られているものの紹介。入浴玉６個入り。
http://www.epoch-company.co.jp/yokugan/puka/puka_index.html
タコ、イカ、クラゲなどのカプセルの中に入浴玉を入れて水中に入れると水がしみこんで発泡する。浮力が大きくなって、浮かび上がってくる。浮き上がるまたは浮き上がる途中にカプセルの穴から気泡が抜けると沈む。沈む時足が開く。しばらく経つとまた気泡により浮き上がって、上下運動を繰り返す。例会ではPETボトルに入れた常温水で実験した。水面まで浮き上がる前に途中で沈んだりして気を持たせるようななかなかの実験結果だった。
入浴玉には成分が書かれていないが、花王のバブなどの発泡入浴剤と同じだとすれば、炭酸水素ナトリウムとフマル酸などの混合物だろう。檜や大理石の浴槽では使わないでくださいと注意書きがされている。
キャストパズル・エニグマ 加藤俊さんの発表
ハナヤマから発売されたキャストパズルの中で最高難度のもの。5月末までに解いた証拠写真をメーカーに送付すると巾着袋がもらえるらしい。
http://www.hanayamatoys.co.jp/top.html
ところが、例会参加者の加藤龍一さんが、なんとこの難物を例会中に解いてしまった。スバラシイ！結果はメーカーに配慮して、ヒ・ミ・ツ。
錯覚４題 水野さんの発表
東急ハンズで購入した「科学手品１８」（３０００円）の中から、目の錯覚を利用したもの４点を紹介してくれた。
（１）コインギャンブル
サイズが同じコイン９枚を積み上げ、その横にサイズの違うコイン８枚を並べる。ここで、積み上げた９枚のコインの高さと同じ直径のコインを８枚の中から１枚選ぶというもの。やってみると多くの人は、コイン９枚の高さより直径の大きなコインを選んでしまう。これも目の錯覚を利用したもので、人の脳は垂直方向の大きさを、水平方向の大きさより大きいと見る傾向にあるようだ。これも重力の効果だろうか。
（２）アニマルイリュージョン
写真のようなアニマルフィギュアは、見る向きによって違ったものに見える。アヒルに見えたり、ウサギに見えたりする。よくある錯視の例である。
（３）動くキューブ
少しゆがんだキューブのへこんだ側を片目で見ると、ちゃんとした立方体になって浮き出して見えてくる。その状態で頭を動かすと、立方体もそれにあわせて動き出して見える。これも目の錯覚を利用したもの。
（４）見つめる肖像画
人物の顔を型取りした、しかし凸凹が逆のレリーフを片目で見ると、正しい凸凹に見えてくる。これも（３）と同じように目の錯覚を利用したもの。うまく見えないときは裏から光を当てるとよい。
プログラムロボット 水野さんの発表
学研「大人の科学」シリーズの中の一つ。発光ダイオードによる透過光を２つの受光部（ＣｄＳ）で受ける。この間に紙の円盤を置き、その紙に２列の同心円状にマジックで適当に不連続の線（帯）を描く。円盤はモーターで回るようになっている。２つの受光部（センサー）にはそれぞれモーターがつながっている。黒い線（帯）で光が遮られると紙の円盤を回すものとは別のモーターの回転が止まり、光が当たる方につながれたモーターだけが回転して本体が動く。同心円の線（帯）の描き方によって、様々な動きをする。本体にペンを差し込んでおくと、本体のロボットの軌跡が描けるようになっている。
電界・火攻め水攻め 水野さんの発表
２００３年２月の例会で、山本が紹介した静電場の中でロウソクの炎がゆがむ実験に加えて、同じ装置で、帯電した水流が電場で曲がるようすを見せる。水野さんは、シリンジからの水の流れを太くし、あわせて帯電させられるように、銅線をシリンジの先端部に取り付けてみた。水流は写真のように明らかに鉛直からはずれて落ちる。
いずれの実験もAdvancingPhysicsのＣＤで紹介されている。
テスラコイル 近藤さんの発表
「え〜、これが手作り？！」と近藤さんが見せてくれた装置を囲んだギャラリーからどよめきが起こった。アクリル加工も、コイル巻きもすべて手作りのテスラコイル（高圧高周波発生装置）だ。コイルとコンデンサ（右下写真）からなるLC振動回路で高周波を発生させ、二重コイルで大きく昇圧する。
デジカメ画像でお伝えできないのが残念だが、部屋を暗くして駆動すると、てっぺんの金属円盤のところからコロナ放電が広がるのが見える。おそるおそる手をさしのべると、ピリピリと電気が皮膚を伝わるのがわかる。高周波交流は体表を流れて、体内に達しないのでほとんど危険はない。でもわかっていてもやっぱりコワイなー。
それにしても、この工作技術はすごい。高電圧と高周波の扱いも徹底的に配慮されていて、加工精度も職人芸である。
減圧タンクのオプション２種 鈴木さんの発表
鈴木さんは、「かわさき科学塾指導者養成講座」の講師をつとめていて、２月に「空気の圧力と浮力の不思議」というテーマで、ボランティア養成を目的に大人対象の講座を行った。その場で、２月例会に持ってきた「減圧タンク用簡易気圧計」を紹介したところ、そこに参加していた受講者の方（川崎仮説サークルで活動しておられる、退職中学教員の大熊華子さん）が、さらに発展させて持ってきたのがこの題材だ。
大熊さんの発展工夫はこうだ。ワンカップ大関のような密封できるビン（ガラスでなくてもよい）に水をほぼ満タンに入れ、ふたに小さな穴をあけておく。ふたを閉め、逆さにすると、、、、当然水は落ちてこない。これをそのまま減圧タンクに入れ、真空ポンプで減圧する。すると、上にあった空気の層がどんどん大きくなり、水が下にどんどん出ていく。ここで目盛りを振っておけば、気圧計代わりになる。ある程度水が出たあと、空気をタンクに戻すと、、、。（勢いよくいかないようにうまくやれば）水はほとんどすべて元のビンに戻る。どうして水が出てくるのか、またどうして戻るのかを発問しながら、生徒に見えるように演示すると、非常に効果的だ。
２点目も同じく大熊華子さんの工夫である。減圧タンクに水を入れ、その中に浮沈子を入れる。ただし、その浮沈子は沈んだ状態にしておきます。そうしてタンクに封をして真空ポンプで減圧していくと、どうなるだろう。予想させてから実演すると、不思議だし原理がよくわかる。浮沈子の説明の一環として入れると、非常に効果的だ。
センサーとデジタルテスター 小沢さんの発表
小沢さんは、電流回路の授業で用いた実験を紹介してくれた。以下、小沢さん自身によるコメント。
この授業では、回路中の電圧を見抜くことを目指している。そのために、光センサーCdSを用いた回路のしくみを理解することを最終目標にした。
（１）CdSと抵抗を直列につなぎ、明るさによって電圧の配分がかわることを利用して、電子オルゴールを鳴らす回路。
（２）直列回路では電圧が分割されることを示す実験。豆電球40個を直列につないだ器具を作った。これを100Vのコンセントにつなぐ。頭で理屈は分かっていても、実物を見せるといきいきした授業になる。
（３）電球を割って取り出したフィラメントと、豆電球を直列につないだ回路。フィラメントを熱すると抵抗が増えるので、電圧の配分が変わる。その様子をデジタルテスターで観察する。原始的な温度センサーだ。デジタルテスターはRS232Cでパソコンにデータを送れるものを用いて、プロジェクターで黒板に大きく映した。最近のプロジェクターは高輝度なので、こ のように文字表示だけならば、暗幕なしの普通教室でも十分表示可能である。
授業では、まず（２）と（３）を演示実験で行ない、（１）の生徒実験につなげていった。
簡易電動回転台 原田さんの発表
原田さんは100円ショップのテレビ用回転台をベースに、電動回転台を作った。田宮模型のギヤボックスとゴムタイヤで摩擦駆動する。元の回転台(\200)の精度があまり高くないので多少回転にムラがあるそうだが製作費\5,000というのは魅力である。そのうちの\2,000弱はモーターコントローラーのキットの値段なので、直接電源装置の電圧可変で制御するならばもっと安くなるという。
試作に使った材料や全体の構造などは原田さん自身のサイト内の以下の記事をご参照いただきたい。
http://homepage3.nifty.com/forest_notes/science/rotation/rotation.html
３Ｄ画像を作るソフトの紹介 越さんの発表
岐阜物理サークルの04年１月の例会で紹介されていた宝島社のマジカルアイシリーズの中の「動く！作れる！マジカルアイ」の紹介。CD付のこの本は、もう手に入らないかもしれないが、フリーソフトとシェアソフト(有料)として「むっちゃんのホームページ」でダウンロードできる。「立体もじ太」というオリジナルの「マジカルアイ」が作れるソフトの他に、デジカメによる簡単な３D写真が作れる「ステレオフォトメーカー」、３Dビデオの「ステレオムービーメーカー」などがある。
まず、「立体もじ太」を用いて作った「マジカルアイ」、交差法(寄り目にして図を見る)では「YPC」という文字が浮き出て見え、平行法(遠くを見るつもりで図を見る)では反対に窪んで見える。
次に「ステレオフォトメーカー」は、デジカメで少しずらして撮った２枚の写真を元に、簡単に３D写真を作ることができる。試しに、尾瀬の鳩待口のみやげ物屋で買った(900円)尾瀬の立体地形図「レリーフマップ尾瀬」(針塚工房Tel
0279-2623)と、ぬいぐるみの３D写真（下左）を作ってみた。いずれも「赤青３Dメガネ」をかけて見ると立体的に見える。
また、「スパイキッズ３D ゲームオーバー」のビデオ・DVDがレンタル開始されたが、全編84分の内、60分ほどが「赤青３Dメガネ」をかけて見るため、少々目が疲れる、動きが速すぎて３Dの効果がよくわからない部分が多い、などの欠点がある(また、ストーリーも1、２の方が面白かったと思う)。しかし、レンタルすると「赤青３Dメガネ」を４つまでもらえるのがうれしい。
人体は真空に耐えられるか 鈴木さんと山本の発表
左はスタンリーキューブリックの映画「２００１年宇宙の旅」で、コンピュータＨＡＬの反乱により宇宙船外に締め出しをくったボウマン船長が、スペースポッドの緊急脱出口から、ディスカバリー号のエアロックへ、ノーヘルメットで決死の突入を敢行する有名なクライマックスシーンである。かれはこの間十数秒間真空にさらされるが、この無謀な企てはＨＡＬの予想を超えて奇跡的に成功する。また、映画「ミッション・トゥ・マーズ」ではウッディ船長が妻を救うため真空中でヘルメットを脱いで自殺を遂げる。もちろんこれらはＳＦなのだが、実際のところはどうなのだろうというのが物理としての興味である。
森村誠一の「悪魔の飽食」の影響か、真空中では体内の血液がたちどころに沸騰し、肉体が膨張・破裂するというような説明も巷ではなされるのだが、はたしてそうだろうか。これこそ疑似科学伝説なのではないだろうか。細胞膜や血管はそれほど脆弱ではなかろうというのが山本の主張である。瞬間的に凍結するという説も、人体の熱容量を考えるとマユツバである。
山本は、殻を割った鶏卵、殻付きの鶏卵、生の鳥もも肉、生のブタレバーを真空容器内に置く真空曝露実験を試みた。右の写真はその実験装置である。結果は、卵白は沸騰、卵黄だけなら10mmHg以下まで持ちこたえるが、やがて細胞膜が乾燥して破損すると、外に出た卵黄液は泡立つ。殻付きの鶏卵、肉、レバーは５分程度の曝露では全く変化なし、だった。詳しくは後日YPCニュースに報告する。
なお、Ｗｅｂ上でいろいろ読みあさったところ、早川書房のサイトにサイエンスライター鹿野司氏が寄稿している記事http://www.hayakawa-online.co.jp/2001/serial02.htmlが山本が主張するところをもっともよく代弁してくれていると思うので、参照されたい。
火星探査アニメーション 右近さんの紹介
今年火星軟着陸に成功したマーズ・エクスプローラ・ローバ(MER)のCGムービーである。かつて火星に大量の水が存在していた証拠を発見して注目を集めているのは周知の通り。それにしてもこれだけのCGムービーを作ってしまったら，火星に行く必要はないのでは・・・などという感想が聞かれるほど，見事なできばえだ。是非とも生徒に見せたい。
CGファイルは下記のURLから入手することができる。フルストーリーではMPEGで２１MBのサイズになる。分割版もある。
MERのサイトのアニメーションライブラリ：http://marsrovers.jpl.nasa.gov/gallery/video/animation.html
磁界シミュレーション 右近さんの発表
右近さんがYPCニュースNo.192の論文の図版に使用した、2次元で磁界をシミュレーションできるソフトVizimag1を紹介してくれた。
“Visualising Magnetic Fields: Numerical Equation Solvers in Action”というタイトルで洋書として販売されており，解説本とソフトのセットで\10,782
（税込）（amazon.co.jp4月調べ）。
平面上に長方形の磁性体やコイルを任意に配置でき，そのまわりの磁力線や，磁束密度の大小を色の違いとして表示できる。右近さんはこれを用いて，話題の佐々木先生らのグループによる2次元安定磁気浮揚における磁界や磁束密度を表示させた。詳細はYPCニュース３月号（No.192）に掲載されているので参照されたい。
オルダム継手 車田さんの発表
オルダム継手は、平行でやや食い違った２軸間で等速で同じ向きに回転を伝える機構である。軸のずれがわずかなときは歯車やベルトを利用するよりも（歯車の磨耗やベルトのたるみを考えると）有効だ。数学セミナーに紹介されていたもので、１９世紀にドイツで考えられた機構だという。京都大総合博物館に金属のものが展示してあるそうだ。車田さんは数学が専門だが、実物を見てみないと動きがわからないので、自ら工作したという。
両側の円盤は軸と直結しているが、真ん中の円盤は両側の円盤と凹凸の溝（右と左の溝が数学的にいうとねじれの位置にある）だけで結合しており、必ずどちらかの溝にかかっていて落ちない仕組みになっている。この機構のことを回り両スライダ機構といい、円盤のことを「二重すべり子」とよぶそうだ。車田さんの解説によると、さらに面白いことに、真ん中の円盤は一見回転楕円運動をしているように見えるが、サイクロイドのようにひとつの数式では表すことができない媒介変数表示になるらしい。
導電塗料 渡辺さんの発表
電磁波シールドなどを目的とした「エアゾール形ニッケル系導電塗料」が市販されている。拭きつけてできる膜部分の抵抗値は４回程度の重ね塗りで、0.2Ω/sq（任意の正方形あたりの抵抗値）と非常に低いので、プラスチック板などにふきつければ、導体紙のかわりに利用できたり、各種の電気実験にも使えそうだ。東急ハンズで￥３０００。
詳しい情報は神東塗料のサイトへ。
導電性塗料(Shintron)の紹介：http://www.shintopaint.co.jp/html/shintron/index.html
二次会 日吉駅前浜銀通り「龍行酒家」にて
恒例の二次会は行きつけのお店で１５人が参加してカンパーイ。 常連さん以外にも、毎回のように新しいメンバーを迎えて、歓迎会のようになっている。この二次会が楽しみで例会が終わる頃に来る人もいるほどだ（推奨はしない。時間はなるべく守ろう。）。学生会員は無料の特典つき！
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