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例会速報 2011/12/18 ナリカ
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ガレージセール
例会に先立って、ナリカさんのご厚意でガレージセールが開催された。格安の掘り出し物に目を輝かせる参加者たち。目の肥えたＹＰＣメンバーのこと、めぼしい物はあっという間に売り切れた。
授業研究：光の授業 武捨さんの発表
武捨さんは２学期に行った光の授業の報告をしてくれた。ＹＰＣをはじめ、いろいろな勉強会で教えてもらったネタをアレンジしているそうだ。以下、武捨さん自身のコメントから。
生徒に考えさせるような授業を展開するために、実物を見せたり、実際に実験させることを大切にしている。実物を見せた上で、あらかじめデジカメで撮っておいた画像や動画を見せると、演示効果が高くなるような実感がある。例会では、実験プリントの目的が「～を考えてみよう」では漠然としていて、何がねらいか分かり難いといった指摘や、光の回折は、指の隙間より、２本の鉛筆のほうが良いといったアドバイスを頂いた。
（写真左）発振器、バイブレータ、水槽、OHPを組み合わせて、スクリーンに水波を投影する。
（写真右）台形ガラスを用いて行うオーソドックスな光の屈折の実験。
（写真左）水（左）と食用油（右）で屈折率が異なるので硬貨の浮き上がり具合が違う。液体を入れる前はどちらも見えない角度だ。
（写真右）100円ショップの透明容器を用いた水の屈折率を測定する実験。
（写真左）試験管、ストロー、紙コップを用いた全反射の実験。水中部分の試験管の中のストローは見えない。
（写真右）ホットボンドのスティックで光の散乱を見る通称「夕焼けの実験」。光源は100均のLEDライト。
（写真左）３原色の蛍光灯で色の実験。
（写真右）棒の影に色の３原色の混色が見られる。
（写真左）回折格子のレプリカに緑と赤のレーザー光を当て、波長によって回折角が異なることを見る実験。
（写真右）CDに上からスポットライトをあてると天井に虹色の回折光が見える。CDを半分隠すと面白い。生徒に考えさせると盛り上がる。
（写真左）CD、DVD、ブルーレイディスク（BD)の記録面の見え方の違いを見せる。BDの見え方に驚く生徒が多い。
（写真右）同じ倍率でCD、DVD、BDのピット間隔の違いを見せる。インターネット上の画像を拝借。
（写真左）CD、DVD、BDにレーザー光をあて、その回折光を見る。
（写真右）BDでは入射角を大きくしないと、１次の回折光が現れない。
たたくと昇るナット 海後さんの発表
2011年8月例会で海後さんが発表した「振動で回るナット」を指で叩いて回す方法を紹介。四角いスポンジベースの角の一端を押えて、対角か同じ辺の角を小刻みに叩くとナットが上下する。叩く側のベースを少し浮かせた状態にするのがコツ。
BOSSのおまけ 海後さんの発表
同じく2011年8月例会で紹介した缶の周りを回る旅客機形やウルトラマンなどのマグネット付プルバックカーを集めたので例会で頒布した。さらに演示用に作った缶のスタンドも紹介。缶を水平に自由に回転する状態にして、プルバックカーをその上に乗せて走らせたらどうなるか、そのままスタンドを縦にして走らせたらどうなるか、前回紹介した缶を転がす演示と組み合わせるとより興味深い演示になる。
Slinky Drop 海後さんの発表
Slinky（つるまきばねのおもちゃ）の上端を持ち、ぶら下げて伸びた状態で静止させる。この状態から手を離すと上端が塊になって落ちて来るまで下端は動かない、という不思議な現象のYouTubeの動画の情報を得たので検証した。例会の場でハイスピードカメラでとらえた静かに手を放した場合の動画(2.2MB)と、手で急に押した場合の動画(5.5MB)のいずれでも、ばねの下端は最後まで動いていない。
スプリングを伝わる弾性波の速度を超えて変化が下に伝わることはないので、下端は弾性波が到達するまで落下が始まったことを「知らない」のである。落下速度より早く上部の塊を押し下げても同じことで弾性波到達までは下端は動き出さない。
海後さんの実験では、Slinkyの代わりにダイソーのレインボースプリングを２連結したものを使用していたが、繋いでいるように見えない接着法に熱い質問が集中したところが工作好きなＹＰＣだ。ちなみにその接着方法は、繋ぐ部分に瞬間接着剤を垂らしてすぐにセロテープを巻き、乾燥してから余分なテープを切り取ったのだそうだ。
レーザースピログラフ 海後さんの発表
海後さんは最近越さんを通じて入手したグリーンレーザーポインターで実験をしていたところ、幾何学模様を投影するレーザースピログラフという装置http://www.daga884-sdfs.com/exp_spiro.htmlと似たような模様を、凹凸のあるガラスやアクリル板（三菱のピンスポット・ダイヤモンド・カスミなど）で投影できることを発見した。
例会では参加者が加わって緑・赤・青のレーザーポインターを使ってそれぞれ補色関係の色透明アクリル板がレーザー光を吸収することを確認し、さらに乳白色のアクリル板や蛍光樹脂にレーザー光を当てて発光する様子を検証した。下右の写真はオーパルと呼ばれる素材。オパールに似た乳白色の輝きがあるが、レーザーを当ててみると多重反射で光が散乱する様子がよくわかる。
蛍光樹脂は蛍光の色より短い波長の光を当てると発光する。写真は黄色の蛍光を発する樹脂だが、当てている光は青色レーザーの光だ。波長の短い（エネルギー高い）光で分子が励起され、固有色の蛍光を発する。当てた光よりも蛍光の方が明るい感じだ。実はこれは照明用白色ＬＥＤの発光原理でもある。
他の素材でも様々なパターンをを発見できるのでぜひ追試してみるとよい。なお、追試における注意点は、不意な反射が目に入るのを防ぐために、レーザーの開口部をできるだけ素材に接した状態で発光させることだ。
迷走するレーザー光が不用意に目に入らないよう十分に注意して実験してほしい。
Make:Tokyo Meeting 07より 越さんの発表
12月3日4日、東工大大岡山キャンパスで行われた「Make: Tokyo Meeting 07」 は、東工大と多摩美大が中心となってテクノロジーとアートのコラボ、といった感じのあらゆるモノ作りをテーマにした一大イベントだ。２足歩行ロボ、乗用ロボ、iPhone用の放射線カウンターのキット、アキバ系のキャラクターの超小型飛行体、片方のシッポを握るとケーブルで結ばれたもう一つのシッポが「もふもふ」動くだけの「もふもふ」、毛糸で作られた怪しげな被りモノ、傾けるとその方向に多数のLEDによる方向指示のイルミネーションが出るランドセル、変わった形の新しい電子楽器「ウダー」などなど、自由な発想の創作物が多数あり、いくら見ていても飽きない。
越さんは、その中のワークショップでやっていた「クルクルリボン」を早速作ってみた。ワークショップでは発泡スチロールを厚さ1ｍｍ以下にスライスしたシートを用いていたが、梱包用のクッションシート(2011年1月例会でふわふわグライダーなどに使われていた素材)を用いたところ、同様のモノが作れた。クッションシートを長さ45ｃｍ、幅2ｃｍ程度に切り、両端を真中の部分にセロテープで貼りつけリボンのような形を作る。これを落下させるとすぐに終端速度に達し、クルクル回転しながらゆっくり一定の速さで落ちていく。厚紙や、発泡スチロールの板(写真では気象カレンダー)などを水平に対して70°程度に傾け、落下するクルクルリボンを水平方向に追いかけると、ほぼ同じ高さを保ちつつ、水平に並進させる事ができる。ちょっとしたコツが必要だが、やってみるとなかなか面白い。
なお、越さんはこのイベントで4日に「３D・プラネタリウム」(2003年10月例会で「迫力の３D投影」として紹介 )を行い、その開発者ヒゲキタさんの代役を務めた。
フライトコンピューター 越さんの紹介
千葉の米谷さんに教えてもらったグライダー、セスナなどの軽量飛行機を操縦する際用いるステンレス製のマルチ計算尺。写真はその文字板をコピーした物。Calculator Sideは、乗除計算、Rate計算（Time, Speed, Distanceとか，Fuel，consumption rateなど）、単位の変換などができる。また写真にはないが、Wind Sideは、ベクトル計算ができる。詳しくはここ。
スクランブルキューブ・タワーキューブ・ボイドキューブ 越さんの紹介
スクランブルキューブ(写真左)は3×3の平面に変形させてから色をそろえる。各キューブの動きが他のパズルになく面白いが、比較的簡単に色をそろえられる。タワーキューブ(写真右)はキューブの動きに制約があり、意外と難しい。
ボイドキューブ(写真左)はルービックキューブの各面の中央のキューブ及び中心の部品がない物だが、なかなか難しい。詳しい情報は http://cubepuzzle.arrow.jp/ へ。
ストロークレーン 越さんの発表
千葉の面白物理研究班の研修会で、県立千葉高校の林先生により行われたストローで作られたクレーンの大きさと強度を競う物理的競技。当日は参加した物理の教員が2人ひと組でチームを作り、製作1時間半、競技30分程度で実施された。与えられた50本のストロー、セロテープを用い、Ａ３版の大きさのプラ段ボールを台とし、クレーンの先端の高さ[cm]、台からはみ出した幅[cm]、吊るしたおもりの質量[g]の３つの量の積の大きさを競うというルール。様々なタイプのストロークレーンが作られたが、物理的考察、物作りの技量、さらにチームワークが問われ、競技に参加してみて大変面白かった。選択物理の授業に早速活かせそうである。写真左が優勝した作品。写真右は３角形を基本に作られたものだが、強度が足りなかった。
電流間力 石井さんの発表
同方向平行に流れる電流は互いに引き合い、逆平行に流れる電流は退け合う。逆Ω型の真ちゅう線2本を並べて吊し、電流がおよぼし合う力を示すことができる（写真左）。このとき電流は交流でも差し支えないのでスライダックで降圧した交流を使うとよい。
棒状の電磁石を右手で握り４指の向きに電流を流すと、これに直角に立てた親指はN極を示す。左手ならS極を示すことになる。右の写真のように握った両手を並べると、両手の４指が示す電流は同じ向きになり引き合うことになる。これと同時に、両手の親指が示すNSの磁極が引き合うことと整合する。
日食観測学習 車田さんの発表
２０１２年５月２１日の金環日食のワークショップが日本科学未来館(１１月１９日)であった。その時に配布された生徒用ワークブック・ワークシートと教師用指導書が日食観測学習連絡会のHPに公開されている。過去の日食観測の子供たちの記録も閲覧できる。
http://www.astor-eclipse.com/eclipse-learning/
生徒用は小学生にも見やすいようにルビが打たれていて、内容は天文現象の事前学習から、日食サングラスでの観察、木漏れ日、温度変化の測り方などがわかりやすく解説されている。。日食観測が初めての先生のための指導書もある。上巻５４ページ、下巻５７ページとかなり詳しい内容だ。下記よりダウンロードできる。
http://www.astor-eclipse.com/eclipse-learning/downroad.html
ＪＳＥＣより 車田さんの紹介
高校生科学技術チャレンジ(JSEC)の表彰式が１２月３日にあった。車田さんは生徒のプレゼンに間に合わなかったが、表彰式の最中にブース展示を見てきた。受賞はほとんどが生物系だった。葉が伸びる方向⇒フィボナッチなど、元ネタはどこかで？という発表が多い。
写真左は車田さんが注目した「塩山幾何学を用いたボロノイ図」。穴のあいた板に塩を盛ると穴のところに対してアリジゴク状のくぼみができる。アリジゴクを同心円として真上から観察するとそれぞれのアリジゴクとの境界線は穴と穴とを結ぶ線分の垂直二等分線になる。穴３つだと境界線の交点が外心になる。ボロノイ図は塩が最短距離を落ちることを利用した表現方法だ。ボロノイ図については下記を参照されたい。元ネタは、元都立高校数学教師の黒田俊郎先生の『塩が
教える幾何学』だ。
http://www.ics.kagoshima-u.ac.jp/~fuchida/edu/algorithm/voronoi-diagram/voronoi-diagram.html
写真右の正五角形のバネも車田さんの目を引いた。愛媛大学付属高校の「美しい多角形ばねの作成とばね定数の効率」という研究だ。どのような形状のばねも巻き数と質量が等しければ、ばね定数は変わらないとのこと。作成方法は、ハンドドリルに断面が正方形の棒を固定し、鉄線を巻きつけていく。巻きつけた状態ではバネの断面はは正方形だが、その後鉄線を切ると巻きつけたバネが少し伸びて戻り断面が正五角形に近くなる。他にも、断面が正多角形に近い形になったものも発表されていた。ユニークな研究だ。車田さんは生徒さんたちと話す機会がなかったことを残念がる。
http://www.asahi.com/shimbun/jsec/2011/jsec2011/11fin_finalist.html
皆既月食 市原さんの発表
横浜サイエンスフロンティア高校天文部は12月10日～11日にかけて見られた皆既月食の観測を行った。赤道儀にカメラ（Canon EOS kiss
X4）を固定し、「手動」追尾で１分に１枚ずつ写真を撮った。１枚を0.25秒でつないでパラパラ動画にした（240倍速）。皆既中ではかなり暗くなり、周囲の星の観測も行えた。
皆既前の動画(0.9MB)
皆既中の動画(1.0MB)
復円時の動画(1.1MB)
逆方向でもLEDが光る？ 小林さんの発表
ナリカのゼネコン（手回し発電機）を回転させてＬＥＤを点灯する実験は小学校でも行われる。ＬＥＤには電流の方向性があって逆方向では点灯しないことを教えたいが、ゼネコンを逆回転させるとＬＥＤがかすかに光ってしまう。この現象については下記のサイトの説明のように、自己誘導でパルス状の逆電圧が発生するという説と、逆耐圧を超えるとＬＥＤに逆電流が流れるという説がある。
後者の説による発光の機構は原理的に考えにくい。例会ではナリカの渡辺さんから、発電機として使用している直流モータの整流子の関係でパルス状の逆電圧は発生するという前者の説を支持する説明があった。
検証のためには電池で９Ｖから１２Ｖの逆電圧をかけてみて電流が流れるか、その際にＬＥＤが光るか試してみれば良いという提案もあり、次回への宿題となった。
【参考文献】
にんじんハウス「手回し発電機と発光ダイオードの問題」
http://web.thn.jp/ninjinhouse/r-s-denki-zenekon-led.html
コンデンサによる手回し発電機の特性改善
http://opac.lib.yamanashi.ac.jp/metadb/up/yamanashi/KJ00004947014.pdf
サンキャッチャー 小林さんの発表
小林さんは「天神のページ」の箱根ガラスの森美術館の「光の回廊」の紹介記事をみて、箱根に出かけ、その美しさに惚れ込んで自宅の庭にも作ってみた。最高に綺麗で光の学習に興味を持たせる教材としておすすめだそうだ。
入手は通販で１４ｍｍのシャンデリアビーズが１粒２０円から６０円程度で、ジョイント金具も販売されている。入手先の例は下記ＵＲＬ。
http://item.rakuten.co.jp/acce-town/8999-109-11g/
http://item.rakuten.co.jp/acce-town/8116-14cr/
http://item.rakuten.co.jp/harucolle/10000203/
スワロフスキーのスペクトラでもストラスでも、見え味に差はないので安いスペクトラでも、あるいはスワロ以外のもっと安いものでもできるだろうとの話だった。小林さんの庭先で輝くビーズの動画（0.54MB)はここ。
円形波の干渉 水上さんの発表
円形波の干渉に関する４つのハイスピードカメラ映像（300コマ／s）と授業プリントを使った模擬授業が披露された。内容は以下の通り。
・二つの円形波が生じて広がっていき，２次元の定常波振動となるまでの様子
・2波源の振動を逆位相にすると節線と腹線の位置が逆転する
・2波源間の距離dを広げるときの節線の数の変化
・波源の振動数を増して波長λを小さくするときの節線の数の変化
なお、映像の紹介と授業プリントは今月のYPCニュースに掲載されている。
ボトルランタン 車田さんの発表
３年前の暑い夏の時期、韓国の科学の祭典でセルビア人チームが行っていた実験ショーの一部を再現した。韓国のウォーターボトルはアメリカと同じ５０L位のもので、エタノールをキャップ三杯入れて、回転させながら内側にまんべんなく馴染ませて、火のついたマッチ棒を入れるとゴーという音とともに青い火柱が上がり、その後すぐに掌で蓋をすると大気圧でへこむ。ナリカにあるウォーターサーバーの12Lボトルを会長さんからいただき、追試してみた。
車田さんは、理科総合Aと化学で酸化還元の最初の授業で燃焼の実演として生徒に見せている。例会では、冬で気温が低いのでエタノールが気化しにくく、火の勢いはなかったが、炎がボトル内で燃焼する様子がよく観察できた。動画はここ（5.9MB)。
後日の追試情報によると、気温が低い時は予め熱湯を入れて容器を温めたのちお湯を捨て、エタノールをキャップ５杯入れて内側の壁面全体に馴染ませて、マッチの火を入れると、轟音と共に青い火柱が上がったという。アルコールが気化する時間をとるのがポイントだ。炎が吹き出すので火傷に注意。
風力発電機 淺井さんの発表
淺井さんはかねてより子供工作教室で写真のような手作り風力発電機の工作を指導してきた。発電機の部分の工作法は淺井さんのオリジナルである。2011年8月例会で紹介した月僧さんの東レ賞受賞研究のうち発電機部分は淺井さんのアイデアを借用したものだ。
淺井さんのテキストには詳しい工作のノウハウが丁寧に記載されていて、子供でも間違いなく作れるようになっている。ドーナツ型フェライト磁石2個を接着して軸をはさむ工法も淺井さんの工夫である。右の写真のような治具を用いることで二つの磁石の中心を正確に合わせることができるのだ。細部にまで行き届いたテキストには長年の経験が濃縮されている。
エネルギーは変わる！ 淺井さんの発表
これも淺井さんが開発した、ひとつの基板上に電池、LED、モーターを取り付けたコンパクトな実験器具。電池でモーターを回すとおもりが巻き上げられる。電池の回路を切り、おもりを降下させるとモーターが発電機となってLEDを光らせる。部品点数を極限まで少なくした無駄のない設計である。
測り方の科学史Ⅰ「地球から宇宙へ」 山本の紹介
徳島の西條敏美さんの新刊の紹介。「測り方の科学史」シリーズの第一巻として11月に出版された。測り方の歴史は数理科学の歴史でもある。先人たちが途方もなく大きな、あるいは果てしなく遠い天体の距離や大きさや質量をいかにして知ったのか、その方法論を詳しく掘り下げる。一般の教科書レベルでは見かけない、はるかに詳しい裏話まで踏み込んで紹介している。
収録内容は、地球の大きさ、地球の質量、地球の年齢、地球の核の大きさ、月までの距離と大きさ、太陽までの距離、太陽の質量、太陽の表面温度、恒星および銀河の距離、恒星の大きさ、恒星の質量、恒星の年齢、宇宙の大きさ、宇宙の年齢。それぞれ複数の測定手段をたどって測定精度向上の歴史を振り返る。
測り方の科学史Ⅰ「地球から宇宙へ」恒星社厚生閣(3000円＋税）ISBN978-7699-1263-7
二次会 御徒町駅前「食楽酒房 めっけもん」にて
１６人が参加してカンパーイ！本来日曜定休のところ、YPCのために貸し切りで開店していただいた。「年忘れ」といっても忘れられない一年を振り返りながら互いの健康を祝し、日本の未来に盃を捧げる。
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