（総評）
今回の中学の部は夏休みに提出された自由研究の中から2作品を選ばせてもらいました。中学生になると経験や学習内容もふえ、より新しい題材、深い研究に挑戦できるかも知れません。思わぬ発見や身近な不思議についても、ぜひ、気軽に研究し報告にまとめてみてください。小学校の時からの研究を継続して大作ができあがるかも・・・
1：鳥の羽根
＊各タイトルの後にある★印の年度とタイトルは、当HPで御紹介した過去の関連実験の報告です。今回御紹介している作品とあわせて、ぜひ参考にしてください。
| 中学生の研究です |
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（総評） 1：鳥の羽根 ＊各タイトルの後にある★印の年度とタイトルは、当HPで御紹介した過去の関連実験の報告です。今回御紹介している作品とあわせて、ぜひ参考にしてください。 |
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◇[実験と結果]
1.天秤はかりを作り、羽根の質量をはかった。
天秤はかりは、一円玉がない状態で棒が水平になるようにテープをはりながらバランスを調整し、1gの一円玉をスライドさせて支点からの位置をはかる。羽根をのせる皿は支点から6cm。
羽根をのせて測定すると、一円玉の位置は支点から28.5mm。
羽根の質量は28.5×1÷60＝0.475g
2.羽根の面積を計算した。
一マス0.5cm角のマス目の紙に羽根の外形を写す。マスの数を数えて面積を求める。欠けたマスは0.5マスとしてその数を別に数える。すべてを合計して羽根の面積を求める。
羽根の面積は54.7?
1.で求めた質量を使って、単位面積(1?)あたりの質量を求めると、0.00868g
3.いろいろな材質の単位面積あたりの質量を調べた。
羽根とだいたい同じ面積の長方形にして、質量を同様にはかり、単位面積あたりの質量を計算した。
バルサ材(厚さ0.95mm) 0.016g
発泡スチロール(厚さ10mm) 0.020g
ボール紙(厚さ0.4mm) 0.030g
結果をグラフにしてはねとくらべた。
4.羽根の中心の軸は先にいくにつれて細くなっていく。その様子をノギスを使って調べた。
一番太いところ(太さb)を基準に、一番太いところからの距離をammとして、その場所での中心軸の直径cmm、一番太いところに対する比率%c/b、測定場所の全長(?)に対する比率a/?を表にした。
5.太さの変わるいろいろな対象で同様の測定をした。
コーヒーの木
鉄塔
旅客機(YS-11)の翼
戦闘機(ゼロ戦)の翼
それらの比率を縦軸をc/b、横軸をa/?のグラフにして比較した。
6.羽根をルーペで見てみると・・・
スケッチした。
枝には細かい毛がたくさんはえていて、隣の枝の細かい毛とからみ合っていて、ちょっと引っ張ってもはなれず、たとえはなれてしまったとしても、指で何回かなぞると元にもどる。
鳥たちがよくくちばしで羽根をつついているのは、はなれてしまった枝と枝のところをなぞり、風を受けやすくしているのではないかと思った。
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◇夏になると公園やいろいろな場所で噴水が見られる。噴水は水をポンプなどで高圧に圧力を上げて、小さいノズルから噴射しているが、噴水の圧力はどれくらいあるのだろうか。また、水が飛ぶ時、どれくらいの高さまで飛ぶのだろうか。さらに飛ぶ時ノズルの形で飛び方は変わるのか。小さな噴水の実験装置を作り、水の飛び方について調べてみた。
[実験と結果]
ペットボトルの底を切断し、ボトルの口にホースを取り付けた。ホースの先にいろいろなノズルを作製して取り付け、ノズルを一ケ所に固定して、水の入ったペットボトルの位置を変えて水圧Pと噴水の高さhの関係について調べた。
1.ノズルの長さと水圧を変えて実験
ノズルの長さを5、10、20、50、100mmに変えてホースの先端にノズルを差し込む。ノズルの先端を垂直にたてて、ビニールテープで固定する。ノズルの先端に栓をしたあと、ペットボトルを一定の高さに固定して、水を満タンにそそぎ、ノズルの栓を外して噴水の高さをはかった。
同様にしてペットボトルの高さを25、50、75、100、125、150cmに変えて測定した。
結果を表とグラフにまとめた。
2.ノズルの径と水圧を変えて実験
ノズルの先端をアルミニウムパイプから1.5、4、6mmの内径のストローに取り替えて、ノズルの長さを20mm一定とした。以下は1と同様にペットボトルの高さを変えた。
結果を表とグラフにまとめた。
[考察と感想]
実験1.は、どのノズルについても、水柱の高さに対し噴水の高さはほぼ比例している。つまり、ノズル部分での水圧は水柱の高さに比例するため、水圧と噴水の高さは比例する。
ノズルの長さを長くすると噴水の高さは小さくなった。これはノズルの長さが長くなると、ノズルの中で水の抵抗が大きくなって、ノズル先端に水圧が伝わらなくなり、充分な水の供給ができないと思われる。ノズルの長さと噴水の高さは反比例しない関係と思われる。
*今回の実験では水圧をもっと大きくしても水柱の高さと噴水の高さは比例するか確かめるために、水圧を大きくする手作りポンプを作って実験を試みたが、水の噴射がうまくできず、またできても噴射が数秒で終わってしまい、調べることができなかった。
実験2は、ノズルの径を大きくすると噴水の高さは小さくなった。ノズルの径が1.5mmの時は、6mmの時よりも噴水の高さが5/4倍ある。
もっとノズルの径を小さくしたらどうなるだろうか。今回は実験を行わなかったが、多分あまりにノズルが細いとノズルでの抵抗が大きくなり、噴水の高さは小さくなってしまうと思う。もっとも噴水がよく飛ぶノズルの径や長さがあるにちがいないと思う。
今回、この実験を行う前に噴水は200?300mm位の高さだと思い、ふろ場で実験する予定だった。しかし、1500mmの水柱による圧力で噴水の高さは1000mm近くまで水が飛ぶことがわかり、測定作業のしやすい広い公園で実験することになった。予想以上に水が飛ぶことがわかり、大変驚いた。
ノズルの作成は各種部分をセメダインの接着剤で固定したが、実験中によくはがれた。また、ビニールテープで固定した部分も水につかっていると徐々にはがれ何度も固定し直した。
通常の接着剤やテープの固定では水に対してとても弱いことがわかった。結局、二液混合の強力接着剤で固定してやっと実験を続けることができた。