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2014年7月 4日 (金)

ふしぎな筒(動滑車バージョン)

Fhimo02←「ふしぎなひもはこういう物で、筒の中から紐の端が4つ出ていて、引っ込んでいる紐を引っ張ると、どれを引っ張っても筒の外に出ている紐が引っ込むという伝承工作?です。伝承工作としての名前を知らないのですが、最近「ふしぎなひも」で検索するとGoogle先生が「次の検索結果を表示しています: 不思議な紐」と、工作とは全然関係ない検索結果が出てきてしまうので(^^; ここは「ふしぎな筒」で…

「ふしぎな筒」には、紐の端が4つで横に引っ張るバージョン以外に(紐の端6つ、8つ…バージョンもありますが)、紐の端2つの縦に引っ張るバージョンもあります。
それがコレ↓
Fushiginahimo2c
筒の左側に筒と同じ長さの紐が出ています。そして右側の紐の端を引っ張ると~
Fushiginahimo2d
…こうなります。筒の長さの約2倍の紐が出てきます。
↓筒と紐の長さを比べやすい画像も載せておきます。
Fushiginahimo2a
↑右端を引っ張ると~↓
Fushiginahimo2b

「なんでそうなるの?」
それは~
・・・
自分で考えてね。
「ふしぎな筒」の面白さは、筒の中はどうなってるんだろう?と考えて…
「分かった~!」っていう発見の体験をすることですから。
手品と同じで「種明かし」しちゃったら「な~んだ」で終わってしまうので、教えません。

でも、ヒントは…「動滑車」です。
「動滑車」で画像検索
理科/物理で「動滑車」を勉強したことある?
「動滑車」の仕組みが分かると、「ふしぎな筒」の中がどうなっているか分かると思います。
そして、「動滑車」の仕組みが分かると「3倍もできるじゃん!」という発展があります。
それがコレ↓
Fushiginahimo3c
右側の紐の端を引っ張ると~
Fushiginahimo3d
ほら、3倍の長さの紐が出てきた~!
↓筒と紐の長さを比べやすい画像で…
Fushiginahimo3a
↑右端を引っ張ると~↓
Fushiginahimo3b
ね、3倍!

この「ふしぎな筒」の紐を引っ張ると分かるのですが、(右側)長く伸びる側は軽い力で引っ張り出せるのですが、(左側)短い側に引っ張り出すのは大きな力が必要です。

物理で力学を学ぶと最初に「仕事」っていうのが出てきて、
仕事 (物理学) - Wikipedia
なんでこんなのを「仕事」って言うんだよ~? 仕事って言うのはもっと大変なもんだろ! と(高校生の時に)思ったのですが、この「ふしぎな筒」を引っ張ると、右に引っ張る「仕事」と左に引っ張る「仕事」が同じぐらいだね~と体感できます(^o^)
あ~だから『仕事とは、物体に加えた力と、それによる物体の位置の変位の内積』って定義されてるんだ~と納得できます。

※「ふしぎな筒」を作ってみようかな~と思った人へ参考までに…
筒の端は↓こうしてます。
Fushiginahimo1
筒の端に製本テープを半分はみ出すように巻き付け、はみ出した部分を短冊状に切り、その短冊を一つ一つ中心に向けて貼っています。
筒の脇に2箇所出っ張りがあるのは、ここで筒の中の仕掛けを留めているんです。3倍だと2箇所、2倍だと1箇所になります。

※ふしぎな筒(動滑車バージョン)を科学教室/イベントでやるときは「クレーン車」の画像も見せて、子供たちの興味も引きつけつつ、動滑車の説明もしたいな~と思うのですが、動滑車を実際に引っ張らせて力の違いを体感する実験セットは用意するのが大変で… そこまでやったことはありません。

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