２０２３年度科学教室・第１回物理講座

2023年度科学教室・第１回物理講座を５月２０日午後に中学生、５月２１日午前と午後の２回、小学生を実施しました。第１回物理講座では「力について考えよう」というテーマで、主に重力、浮力、慣性の法則について実験を通して学びました。途中、休憩を挟んで約３時間実施しました。児童・生徒は３時間の長い時間、大丈夫だろうかと心配していましたが、教室内は常に活気があふれ、子どもたちからはとても時間が短く感じたという言葉を聞いて一安心したところです。
下記に教室風景の一部を掲載します。

重力に逆らう不思議な斜面？

あれー？　このコマは上に登っていくぞ。でも形が違うコマだと上には登らないなあ。
理由がわかると楽しいね。
ニュートンはリンゴが木から落ちるのを見て万有引力を発見したと言われます。この万有引力と地球の自転による遠心力の影響を含めて重力ということを勉強しました。更に発展して人工衛星の話、静止衛星が止まって見えるのはなぜなのかなど、重力の話だけでも盛りだくさんの内容になりました。
重力とは異なりますが、アポロ１５号の真空落下実験のユーチューブ動画はおもしろかったですね。検索すればすぐ見れますから、自分でもう一度確かめてください。

鳥かごの中にいる鳥が飛びあがると重さはどうなる？

鳥の代わりにドローンで実験してみました。本来はドローンもケースの中に入れて実験すべきですが、操縦が下手なので横の壁に当たってしまうため、ケースなしで実験しました。
ドローンが飛びあがったときには、あれー、ドローンがデジタルはかりに乗っていた時と値は変わらないぞ。空中に浮いているのになぜだろう？更にドローンが上に上がっていくと、デジタルはかりの値は小さくなって、しまいにはドローンの重さがなくなってしまう。
おもしろかったですね。

黄金の王冠

最も広く知られたアルキメデスのエピソードは、「アルキメデスの原理」を思いついた経緯である。ヒエロン2世は金細工職人に金塊を渡して、神殿に奉納するための誓いの王冠を作らせることにした。しかし王冠が納品された後、ヒエロン王は金細工師が金を盗み、その重量分の銀を混ぜてごまかしたのではないかと疑いだした。
もし金細工師が金を盗み、金より軽い銀で混ぜ物をしていれば、王冠の重さは同じでも、体積はもとの金地金より大きい。しかし体積を再確認するには王冠をいったん溶かし、体積を計算できる単純な立方体にしなくてはならなかった。困った王はアルキメデスを呼んで、王冠を壊さずに体積を測る方法を訊いた。アルキメデスもすぐには答えられず、いったん家に帰って考えることにした。
何日か悩んでいたアルキメデスはある日、風呂に入ることにした。浴槽に入ると水面が高くなり、水が縁からあふれ出した。これを見たアルキメデスは、王冠を水槽に沈めれば、同じ体積分だけ水面が上昇することに気がついた。王冠の体積と等しい、増えた水の体積を測れば、つまり王冠の体積を測ることができる。ここに気がついたアルキメデスは、服を着るのを忘れて表にとびだし「ヘウレーカ、ヘウレーカ！(わかった！ わかったぞ！）」と叫びながら、裸のままで通りをかけだした。確認作業の結果、王冠に銀が混ざっていることが確かめられ、不正がばれた金細工師は、死刑にされた。（出典：フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』）

初めは釣り合っていたのに、水の中に入れたら、こんなに傾いちゃった。浮力ってすごいな。
アルキメデスは王様からの課題をずっと考え続けて発見したんだ。考え続けることはとても大切なんだね。

浮いたり沈んだりする浮沈しの実験

ペットボトルなどでよく見る浮沈し。これは押すと中にある小さなボトルが浮き上がり、離すと沈むね。でも実験でやった形が丸くない入れ物で行うと、平たい方を押すと同じようになるけれど、もう一方の横から押すと、上にあるボトルが落ちてくる。なぜだかわかったかな。

慣性の法則っておもしろい

止まっている物体に力を加えなければ、そのまま止まり続け、動き続けている物体に力を加えなければ、そのまま動き続ける。言葉だとよくわからないけれど、実験をしてみるとよくわかるね。
私たちは地球の自転ですごい速さで動いている。地球の円周の長さが４万ｋｍで２４時間で１回転するのだから、時速に直すと約１７００ｋｍで動いていることになる。でも、私たちは地球と一緒に動いているので動いていることを感じないなんて、おもしろいね。

CDで作るホバークラフト楽しいね

テーブルクロス引きのコツはわかったかな

あれ！風船の動きが慣性の法則と違ってるんではないの？