科学実験について - 24ページ目 < 楽しい教材の選び方

« 前のページ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 次のページ »

手作りリトマス試験紙で　水溶液を調べよう（天才を育てるための理科教材　その7）

酸性・中性・アルカリ性

私たちの毎日の生活の中で、水をはじめ　さまざまな水溶液があります。

水溶液は、酸性・中性・アルカリ性の３つに分類されます。

身の周りの水溶液を調べてみましょう。

★リトマス試験紙とは★

リトマス溶液を染み込ませてた紙です。青色と赤色の二種があります。

液体に入れて酸性・アルカリ性を簡便に判別するのに用い、酸性の場合青色試験紙が赤色に、アルカリ性の場合赤色試験紙が青色に変わります

紫芋の粉を使います。

でもなぜ？紫芋でわかるのでしょうか。

紫芋の成分の中には　「アントシアニン」とよばれるものが含まれています。この「アントシアニン」は、pHの違いに非常に敏感なので、指示薬としてより好ましいと言えます。

pHは水溶液の性質を知るために必要な単位です。

pHとは、水溶液の性質をあらわすひとつの単位です。ちょうど長さをあらわすのにm(メートル)という単位があるように、水溶液の性質を知るために必要な単位なのです。

それでは、pHは水溶液のどのような性質をあらわす単位？

レモンのしぼり汁は“すっぱい”味がします。レモンのしぼり汁に青色リトマス試験紙を浸すと試験紙は赤色になります。

石けん水は、ヌルヌルして、なめると少し“にがい”味がします。石けん水に赤色試験紙を浸すと、青色になります。

試験紙が赤くなったレモンのしぼり汁は酸性、青くなった石けん水はアルカリ性です。

つまり、pHとは、このような水溶液の性質をあらわす単位です。
普通の水はpH7、これより低い方を酸性、高い方をアルカリ性と呼びます。

まだまだある性質

洗剤などにはアルカリ性洗剤と中性洗剤などの種類があります。
ほかにも酸性雨といった、酸性の雨が降るものもあります。

酸性のものは、お酢やレモン汁、炭酸水などがあります。
アルカリ性のものは、にがりや石鹸水、重曹を水に溶かしたものがあります。
また酸性、アルカリ性には強弱があり、強い酸性、弱い酸性というふうにわかれます。
たとえば、酸性の場合では炭酸水よりもレモン汁のほうが強い酸性です。

リトマス紙の反応

酸性に反応すると、青いリトマス紙が赤くなるが、赤いリトマス紙の色は変りません。
アルカリ性に反応すると、赤いリトマス紙が青くなるが、青いリトマス紙の色は変わりません。
中性の場合では赤いリトマス紙も青いリトマス紙も色が変わりません。

リトマス試験紙をこの教材では　手作りします。紫芋の成分であるアントシアニンがPHに反応して色を変えます。

この教材を購入する　　　　ほかの理科実験教材を見る

教材自立共和国TOPへ　　ヤフーショップはこちらです

【理科実験　音】波の変化をみることができる教材（天才を育てるための理科実験教材　その２）

波の基本や応用を知ろう

★海の波はなぜおこるの？波はなくならないの？

波は、風によっておきます。
風がふくと、風の力で海面がゆれ、このゆれがさらに大きくなって波となります。

このように直接、風によって起こる波を「風ろう」といいます。風ろうは、形がとても複雑です。波の山から山までを波長といいますが、風ろうの波長は短いという特徴があります。風ろうの山は、風をたくさん受けるので、とんがった形をしています。
風ろうは、風が強いほど、風のふきつづける時間が長いほど、そして、ふきわたるきょりが長いほど、大きな波になります。

風ろうが、風ろうをおこした風のないところまで伝わったものを「うねり」といいます。うねりは波長が長く、山はまるくなめらかな形をしています。
　うねりが伝わるのはとても速く、時速50キロメートル以上にもなります。台風自体は遠くにあっても、台風の風でおきた風ろうが大きなうねりとなって、台風より先に、岸に到着することもあります。
　大きなうねりでも、遠くまで伝わるにつれてだんだんと山は低くなり、やがては平らになってなくなります。

　このように、波は生まれては消えていきますが、風は絶えず海のどこかでふいているので、海の波はなくなることはありません。

水面の物体は流れる？波と一緒に流れる？それとも流れない？

水を入れた水槽の水面を棒などで突つくと，その点を中心に、波が円形に広がっていきます。このとき，発砲スチロール球を水面に浮かべると，球は同じ位置で振動するだけで，波と共に移動することはありません。これは，水が移動していかないからです。このように，振動が周囲へ伝わる現象を，波動といいます。振動を伝える物質を波の媒質，振動が発生する場所を波源といいます。今回の例では，水が媒質，棒で突ついたところが波源です。

障害物の形で波はかわる？

港へ行くと，沖からやってきた波が防波堤で反射したり，防波堤と防波堤の間を通り抜けて裏側へ回り込むようすが観察できる。波が障害物の裏側へ回り込む現象を波の回折（かいせつ）という。どのようなとき，回折現象が見られるのだろうか。
【1 すきまを通るとき】
水面にできた波が，障害物のすきまを通り抜けるときの回折現象を観察した画像です。すきまの幅が波長と同じくらいの長さになると，回折の効果がよく現れ，すきまの幅が狭いほど，回折の効果が大きくなります。

【2 障害物に衝突するとき】
障害物に波が衝突したときも回折現象が起きます。波の波長が障害物の大きさと同じ程度か，長くなると，回折が起こり波は障害物を回り込むのです。しかし，障害物の大きさに比べて波長が短いと回折はほとんど起こりません。
海の中にそびえる大きな岩に波が当たると、波はその岩かげに回りこんで進んで行きます。

波と波は合体するの？それぞれの形のまま？合わさって大きくなる？

水面で2つの波源から，同じ振動数，同じ振幅で波を発生させ続けてみよう。2つの波は，それぞれ相手の波の影響を受けることなくそれぞれの波源を中心に円形に広がる。このため，水面の媒質の各点の変位は，それぞれの波源からの波の変位を加え合わせた変位になるこのように，2 つ以上の波が重なり合うと，1 つの波だけのときとようすがまったく変わる。この現象を干渉という。

点滅LEDライトで波の模様が一目瞭然に見える教材キットです。

また組み替え自由なブロックで　波の変化を学びましょう。

10種類の実験がおこなえます。

【波の世界探求キット】

この教材を購入する　　　　ほかの理科実験教材をみる

教材自立共和国TOPへ　　　

かたちの運動化学　生物の真似から生まれたものとは・・（成績アップへ教材　その１）

飛行機の始まりは？

木や鳥や花。

自然の中のすべての構造には意味があります。

このキットはその構造を模倣するバイオミミクリーという考えを基につくられています。

「バイオミミクリー」とは？

「バイオ」は生物や生命、「ミミクリー」は真似をする意味のミミックといいます。

その2つの単語をあわせた言葉です。

つまり、生物の真似をして科学技術を開発することをいいます。

この考え方は古くから存在していて

500年以上前にレオナルド・ダ・ヴィンチは、トンボが空中停止する様子からヒントを得て、ヘリコプターの原理をスケッチしたといわれています。

また19世紀にはドイツのオットー・リリエンタールがコウノトリを観察し
グライダーを作って滑空飛行を繰り返しています。

他には

六角形が規則正しく並んだ蜂の巣（ハニカム）の形を真似てダンボールなどを作る技術が有名です。
この技術は「航空機をいかに軽くするか」という研究から生まれました。蜂の巣の構造を真似ることで、素材が驚くほど強度になりました。
日本では「蚊の針」を参考にして、痛みを感じにくい注射針が開発されています。

植物の種の構造

グライダー状の羽をもつアルソミトラの種を模倣してみましょう。

アルソミトラ（Alsomtra macrocarpa）はインドネシアなどの熱帯ジャングルに生えるウリ科のツル植物です。
名前は，アルソ（森の）ミトラ（帽子）・マクロ（大きな）カルパ（果実）という意味です。
この植物は，スイカのような実が熟すと下部が割れ、長さ15cm程度，重さは0.2g程度）のような種子がグライダーのように空中を遠く（1km）へ飛んでいきます。

発芽する部分がおもりとなって薄い後退翼を付け、滑空します。

鳥の羽の構造

鳥の羽と飛行機の羽

ふたつの大きな違いはどこでしょうか？

このキットを使って実験してみましょう

揚力（ようりょく）

つばさの正面に当たった空気がつばさの上と下に分かれて後ろに流れます。その時，つばさの上を流れる空気の方がスピードが速くなります。すると，『流体の速度が増加すると圧力が下がる』というベルヌーイの定理により，つばさの上側の圧力が下側の圧力より低くなります。そのため，つばさは下から押し上げられます。この押し上げられる力を「揚力（ようりょく）」といいます。

クジラのヒレの構造

クジラのヒレが風をきる。

意外な組み合わせが、エコロジーに役立っています。

★ザトウクジラのひれ

・ただまっすぐなめらかについているだけではなく、帆立貝のような波状の凹凸があります。

それにより空気抵抗を少なくし圧倒的にエネルギーの効率のよい構造となっているのです。そのため　水の流れをうまく利用しゆっくり泳いでも失速しません。

これをもとに　風力発電機のブレードに応用されています。ゆっくりした風でも回転し多くの動力をつくるとともに、低騒音・低振動となるのです。

子供たちが普段よくあそぶ紙飛行機やグライダーなどには　科学のもとが詰まっているのです。

楽しさをきっかけに　体感することで　より分かることは今後の子供たちの興味や気づきを高めていくことにつながります。そしてその中から自分で答えを見つけ　達成感・満足感をおぼえます。

【理科実験　かたちの運動化学】

この教材を購入する　　ほかの理科実験教材を見る

教材自立共和国TOPへ　　ヤフーショップはこちら

【理科実験　磁力】リニアモーターのしくみがわかる教材

動力を直線的に発生させるモーター

時速６００ｋｍで走るリニアモーターカー。

現在の新幹線の約２倍の速度です。

その動力とは？

「超電導磁気浮上式リニアモーターカー」は、線路を走るのではなく「ガイドウェイ」を磁石（超電導）の力で浮いて走ります。そのため、現在の新幹線の約２倍の時速６００Kmで走ることができるうえに、騒音や振動が少ないのです。

★ガイドウェイとは

（１）前に進む（推進コイル）と、（２）浮く（３）導く（浮上・案内コイル）の３つの働きをするコイルがあり、電気を流すことでこれらのコイルは磁石になります。

「超電導磁石」が組み込まれたリニアモーターカーが、「ガイドウェイ」を高速で通り過ぎるとき、「ガイドウェイ」のコイル（浮上・案内コイル）に電気が流れ、コイルが磁石になります。

このとき、リニアモーターカーの「超電導磁石」と「ガイドウェイ」の磁石の間に生まれる「下から押し上げる力」と「上に引っぱる力」によりリニアモーターカーが浮き上がるのです。

①停止中は車体とレールが引き合うように極を設定します。

②レールの極を車体と反発するように切り替えます。

③車体が動き出す。車体がレールと引き合う位置に移動したら、再び極を切り替える。

これを繰り返すと車体が走ります。

リニアモーター

普通のモーターの回転とちがい、動力を直線的に発生させるモーターです。

普通のモーターはシャフトが回転するので、直線的な動きにするには、ギアを組み合わせたり線を巻いたりします。

たとえば、エレベーターではワイヤーを巻き上げることでエレベーターボックスをまっすぐ上げ下ろしています。リニアモーターは回転活動を通すことなく、直接直線的な動きを発生させるモーターで、有名なリニアモーターカーはずらりと並べた磁石の極を拘束で切り替えることで、引っ張る力と押す力を同時に発生させて、直線的な動力としています。

手回し発電機を回す方向や磁石の向きで進む方向が変わります。