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科学実験

2021年8月15日 (日)

虫めがねで遊ぼう 凸レンズの実験②【科学実験】

虫めがね(凸レンズ)の仕組みを楽しい実験を通して学びます。今回(2回目)は虫めがねや光路観察用レンズを使った3つの実験と、水が入ったペットボトルで絵を左右反転させる遊びを紹介します。前回と今回の実験、3回目の「虫めがねカメラ」の工作で夏休みの自由研究もばっちり?

虫めがねで遊ぼう 凸レンズの実験①
https://youtu.be/8BrZiYLbSI0

使用する道具
虫めがね(小)(アーテック)
光路観察用レンズセット(アーテック)
LED光源装置 3色セット(アーテック)
100円ショップで購入した虫めがね など

注意事項
虫めがねで集めた光を長く見つめないこと
虫眼鏡で集めた光を体に当てないこと
虫眼鏡で太陽を見ないこと

実験3.遠くのモノを見る
虫めがねで遠くのモノを見ながら目から虫めがねを離していく。
結果…逆さまの像が見える。

実験5.光の進み方(焦点から先)
レンズを通った光は焦点に集まった後、どのように進むのか。
結果…光は焦点で交わりその後上下逆になる。

焦点より遠いところにモノがある場合…逆さまに見える
焦点より近いところにモノがある場合…大きく見える

ペットボトルもレンズに!
水が入った炭酸系の丸いペットボトルはレンズの役割を果たします。モノを拡大して見ることや光を集めることができます。太陽の当たる場所に放置しておくと発火に至る場合もあるので注意が必要です。今回は絵を左右反転して見せる遊びを紹介しています。球面ではないため上下反転はしません。

実験6.像をうつす
天気の良い日、部屋の中で窓に向かってレンズを構え、反対側に白い紙を置くとどうなるか。
結果…白い紙に窓の外の景色が逆さまにうつる。
この仕組みを利用して次回「虫めがねカメラ」を作ります。とても簡単な工作なのでお楽しみを。

子どもの頃、虫めがねで遊んだ記憶と言えば、黒い紙を焦がしたことくらいでしょうか。今回こうして真剣(?)に虫めがねに向きあってみて、なかなか面白いおもちゃ(?)だと改めて気づきました。そのことを皆に伝えたいです。

凸レンズの実験①、②、そして次回の「虫めがねカメラ」の工作までをまとめると夏休みの自由研究になるのではないかと密かに思っています。

2021年8月 8日 (日)

虫めがねで遊ぼう 凸レンズの実験①【科学実験】

虫めがね(凸レンズ)の仕組みを楽しい実験を通して学びます。今回(1回目)はレンズの定義や身の回りにあるレンズについて触れ、虫めがねを使った3つの実験を通してレンズのしくみを具体的に学びます。おまけで虫めがねで焦がした紙のアート、水が入ったペットボトルもレンズになることなども紹介します。今回と次回の実験、3回目の「虫めがねカメラ」の工作で夏休みの自由研究もばっちり?

レンズとは?
2つの球面、または球面と平面とで囲まれる透明体
凸レンズ…中心が厚く、縁が薄い
凹レンズ…中心が薄く、縁が厚い

身の回りにあるレンズ
めがね、スマートフォン、プロジェクター、カメラ、ドローン、インターフォン、コピー機、ビデオカメラ、CDプレーヤー、望遠鏡、双眼鏡、懐中電灯、顕微鏡など

今回使用する虫めがね
レンズ径60mm/5倍 焦点距離17cm

注意事項
虫めがねで集めた光を長く見つめないこと
虫眼鏡で集めた光を体に当てないこと
虫眼鏡で太陽を見ないこと

虫めがねとは?
小さいモノを拡大して見るための凸レンズを用いた道具。拡大鏡。ルーペとも言う。

実験1.凸レンズに太陽の光を通す
虫めがねに対して直角になるように太陽の光をあて、その下に白い紙をおく。虫めがねを紙に近づけたり離したりする。
結果…凸レンズには光を集めるはたらきがある。光が集まる点を焦点と言う。

実験2.黒い紙に光を集める
虫めがねに対して直角になるように太陽の光をあて、焦点に黒い紙をおく。
結果…黒は太陽の光を吸収し焦げる

実験3.光の進み方(焦点まで)
レンズを通った光はどのように進むか?虫めがねにLED光源装置の光を通す。
結果…レンズの中心をとおる光はまっすぐ進み、中心を外れて通る光は中心の方へ曲がる。
レンズに直角に入った光は一点に集まる。

虫めがねで焦がしたアート
黒字の「F」を虫めがねで焦がしてアートにしました。焦げ方が面白いです。

ペットボトルもレンズに!
水が入った炭酸系の丸いペットボトルはレンズの役割を果たします。モノを拡大して見ることや光を集めることができます。太陽の当たる場所に放置しておくと発火に至る場合もあるので注意が必要です。これを収れん現象と呼びます。興味のある方はネット等で調べてみてください。

今年も暑い夏がやってきました。虫めがねで太陽の光を集めると凄まじい勢いで紙が焦げ、大変驚きました。太陽のパワーはすごいですね。この夏、自由研究で虫めがね(レンズ)を取り上げてみては如何でしょうか。

2021年6月27日 (日)

浮沈子の原理 なぜ浮いたり沈んだりするの?【科学実験】

浮沈子の原理を学ぼう。浮沈子ってどうして浮いたり沈んだりするの?浮沈子を通してアルキメデスの原理、パスカルの原理、ボイルの法則について学びます。
水が入ったペットボトルの中で浮いたり沈んだりする「たれびん」。本当に不思議ですよね。でもこれ、魔法でも超能力でもありません。科学なのです。

それではなぜ浮沈子は浮いたり沈んだりするのか解説してみましょう。

まずは物質の三態について復習です。

物質の三態とは
気体、液体、固体の3つの状態を言います。気体と液体をまとめて流体と言います。
物質は温度や圧力により何れかの状態になります。

浮沈子には以下の3つの科学の原理・法則が関わっています。

アルキメデスの原理
流体の中で静止している物体はそれが押しのけた流体の重さだけ軽くなる、すなわち浮力を受ける。

パスカルの原理
密閉した容器内で静止している流体の一部に圧力を加えると、その圧力は同じ強さで流体のどの部分にも伝わる。

ボイルの法則
一定温度における気体の体積はその圧力に反比例する。

以上を元に浮沈子の原理を解説すると…

浮沈子の原理
ペットボトルをギュッと握ると…
①ペットボトルの中のどの部分にも同じ圧力が加わる(パスカルの原理)
②たれびんの中の空気の体積が小さくなる(ボイルの法則)
③水が入り込み沈む(アルキメデスの原理)
ペットボトルを握るのをやめると…
①ペットボトルの中の圧力が小さくなる(パスカルの原理)
②たれびんの中の空気の体積が大きくなる(ボイルの法則)
③水が押し出され浮く(アルキメデスの原理)

ということになります。如何でしょうか。

浮沈子を作るコツについても触れておきます。
今回は、浮沈子として100円ショップの魚型のたれびんを使用しました。キャップをとってちょうど良いサイズの六角ナットを重りとしてはめています。因みにこれにはM6サイズがぴったりでした。様々な容量のたれびんがあると思いますが、重りとたれびんの中に入れる水の量を調整すれば、どれでも浮沈子として利用可能です。要するに浮沈子をギリギリ浮くくらいに調整しておけば、ペットボトルにちょっと圧力を加えるだけで沈んでくれるのです。握力のある人、握力を鍛えたい人は、重りを軽くしておくと良いでしょう。

今回が初めての【科学実験】のコーナーです。理科が苦手ながら勉強しながら挑んでみました。どうぞお手柔らかにお願いします。次回はこの浮沈子の原理を応用したおもちゃやゲームを紹介したいと思います。

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