第７１回 （１０月３０日）放物運動・・・・ボールの落下時間、コイン飛
ばし、ストロボで止まる水滴
第７２回 （１１月２日） 遠心力・・・ハンガーコイン回し、遠心力の仕
組み、遠心分離器、綿菓子器
今日のテーマは「向井さんは地球を回る」
ここに、ハンガーがある。このハンガーを曲げてフックの部分に１０円玉を乗
せてみよう。うまく乗ったね。
生徒「接着剤じゃないの」
いや、これは、１０円玉の重心を通っているからのっかるんだ。これをい
ま・・・（言いつつ、回転させる）
ほら、１０円玉は落ちてこない。どうしてだろう。
これはこう考えるんだ。
１０円玉には外側に遠心力が働いているんだ。だから、落ちてこないんだよ。
遠心力、これはみんなよくきいたことあるよね。
例えば、コントでバケツに水を入れて回転させる。と言うのがあるね。あれで
バケツが上空にいるとき手を止めたら水をバシャとかかってしまうやつ。とい
いつつ、バケツを振り回す。これも遠心力なんだ。
では遠心力とはどういう力だろう。
ここに物体があるとしよう。まっすぐに動いているこの物体、急に曲げられた
らどうなるだろう。物体は、慣性があるからまっすぐに進もうとするよね。そ
れが、力となるんだ。これが遠心力の正体なんだ。遠心力はこの慣性による見
かけの力の一種なんだ。
この遠心力はどうなると大きくなるだろう。これは、急に曲げられれば曲げら
れるほど大きくなると考えられるから速く回す方が大きくなると言えるね。
（たこ糸に５円玉をつけ、振り回す。速く振り回すと空を切る音がする）
この例をちょっと見てみよう。
やってみよう！なんでも実験「遠心力」から
ドリルに広告板を付け、回転させ、発泡スチロールを切る。
遠心力の例を見てみよう。ここに硫酸銅水溶液（１Ｍ）がある。きれいなブ
ルーの透明な液だね。
これを試験管にとり、生徒に見せる。
これに、水酸化ナトリウム水溶液（２Ｍ）を加えてみよう。なんか、青く濁っ
たね。さて、この濁ったには水酸化銅なんだけど、どうやれば、水酸化銅と同
時に出来た硫酸ナトリウムを分離できるだろう。
生徒にきくと「ろ過すればいい」と答えが返ってくる。
ろ過でもいいけどろ過だとこんな少量の物質を分離するにはむかないんだ。
そこで、違う方法が必要なんだ。
とおもむろに遠心分離器を出す（と言っても大きい！）遠心分離器で今、この
水酸化銅と硫酸ナトリウムを分けよう。
回転数不明（年代物なのでわかりません回転はＤの位置です）
２分後取り出す。ほら、上澄みが透明な液と青い沈殿に分離できたね。
遠心分離では回転数を大きくするほど、つまり速く回転させるほど軽い物質を
分離できるようになるんだ。
他に遠心力の例にこんなのがあるんだ。
やってみよう！なんでも実験「遠心力」から
脱水機模型を見せる
脱水機も遠心力を利用している。綿菓子も同じなんだ。
砂糖を熱して液体にして、遠心力で穴からとばす。すると急激にヒヤされて綿
のようになるんだ。
そして、今日のテーマ「向井さんは地球を回る」なんだけど、なぜ、向井さん
は無重力状態なのか。それは、向井さんには地球の重力がかかっているんだけ
ど、地球の周りを回っているので遠心力が働いてしまって重力と遠心力が釣り
合っているから無重力の状態になるんだ。
ここで残り１０分
最後に綿菓子の説明をしたから綿菓子を作ろう。
（おもちゃの綿菓子器「シェフミッキーの綿菓子屋」）で授業の終わりまで
生徒に遊ばせる。
（終わり）
授業が終わって
授業の導入に綿菓子器を持っていったクラスは、最初のおもしろさだけで終
わってしまい授業に結びつかなかったので（しかも２０分も綿菓子をやってし
まった）他のクラスは最後にやりました。（綿菓子だけで１時間授業してもい
いんですけどね）
導入のハンガーコイン回しは４クラス目になってようやくうまくいきました。
（私が苦戦していると、先生貸してみなとか言って生徒の方がよく回せたりし
てね。）
今日のテーマは「ケプラーの偉業」です。
前回の授業で、魔界さんが地球の上をどのようにして回っているか考えたけど
今日はもっとスケールのでかい話をしよう。
まず、宇宙のスケールの話だ。今、１ｃｍを１０００ｋｍとして、地球を書い
てみよう。黒板の左端に直径１３ｃｍのえんをかく。
地球はこのぐらいの大きさになるんだ。では、みんなの住んでいる大気圏はと
言うと大気圏は地球の表面１０ｋｍのはんいだから、こうやって、地球の表層
１ｍｍのところだね。向井さんが飛んでいるのは地表から５５０ｋｍだから
０.５５ｃｍのところにとんでいるんだ。黒板の左端でごそごそ書く。
生徒「なにやってんだよ。何で左端なんだよ。」
さて、では静止衛星「ひまわり」はどこにあるだろう。
生徒「日本の上空じゃないかな」
そう、普段、日本のひまわりの映像を見ているからそう思うけど、この写真を
見て欲しい。（地球がすっぽり写っている写真を見せる）
じつはひまわりの映像は地球全体を映しているんだ。その中で日本の付近を拡
大して使っているんだよ。このように全体を移せるところだから、結構離れて
いるんだ。３５ｃｍ、このくらいかな。
昨日は１５夜だったけど、お月様はどのくらい離れているかというと、３８万
ｋｍ離れているから、ここでは３ｍ８０ｃｍあらら、黒板からはみ出しちゃっ
た。ここに直径３ｃｍの円を書く。
じつはお月様はこんなに離れているんだ。むかし、アポロ計画というのがあっ
て、３人の宇宙飛行士が月に行ったんだけど、こう見るとすごいよね。
では太陽はどのくらい離れているか、実は太陽は１.５ｋｍ離れた４０ｍの玉
なんだ。地球に比べるとすごいでかいね。この太陽、光で行っても８分かかる
ぐらい遠いところにあるんだ。今みんなが見ている太陽は８分前に光った太陽
なんだ。このように、太陽と地球の距離はでかい、これを１天文単位という長
さであらわすんだ。この「天文単位」と言う単位は地球から太陽までの距離の
何倍離れているかをあらわす量なんだ。
（２０分経過）
では、この天文単位で太陽系の大きさを考えてみよう。太陽系には９つの惑星
があって一番遠くに冥王星があるんだけど、冥王星までの距離は４０天文単位
離れているんだ。つまり、ここから６０ｋｍ離れたところ、岩間、美野里あた
りだ。その辺に冥王星が飛んでいるという感じになるんだ。なんか太陽系だけ
でもでかいよね。
では、今度は太陽を基準に考えよう。太陽を１０円玉とすると、地球は１ｍ離
れたところにある。冥王星は４０ｍ離れたところにある。では、一番近い、太
陽と同じ様な恒星まではと言うと、名古屋まで離れた距離にある。ずいぶん遠
いよね。宇宙のスケールは大きいんだ。
この宇宙を支配する法則があるのではないかと考えた人がいた。
その人が「ティコブラーエ」だ。この人は地球の周りに★が回っているという
天動説を信じていて、それを確かめるために火星の運動を観測したんだ。
しかし、この人の力では観測するだけで終わってしまったんだ。そこでこの人
の弟子の「ケプラー」が観測データーを元に計算をしたんだ。するとすごいこ
とがわかったんだ。
まず、ケプラーの第一法則
これは「惑星は太陽を一つの焦点とする楕円軌道を回っている」という法則
だ。
ここで、楕円の説明
次に、ケプラーの第二法則
これは、面積速度は一定という法則なんだけど、
これはどういうことだろう。
１ｍのたこ糸につけた５円玉を振り回す。
ここで５円玉が回っているね。これが指に巻き付くと半径が小さくなると同時
に回転速度が速くなることがわかるね。
つまり、半径を小さくすると、速く動くというのがこの法則のミソなんだ。
これは、いろんなところで利用されている。とゴルフのアイアンを出す。ここ
でショットするとき。球が当たったあと、素早く左肘をひく。このことでアイ
アンは速く回れる。つまり半径が小さくなると早くなる。
野球も同じ、バットを振る瞬間、左肘をひく。するとバットは速く回転させる
ことが出来る。
アイススケートもカーブを曲がるときに内側に入れば入るほど速く回れるん
だ。
フィギュアスケートも身体を大きくすると遅い回転だけど、身体を小さくする
と速く回転する。半径を小さくすると速くなる！！
これが、ケプラーの第二法則なんだ。惑星が太陽に近づくと速く動き、遠ざか
るとゆっくり動く。これが、面積速度一定という意味なんだ。
ケプラーはこの２つの法則を発見したんだけど、この次の法則は本当に驚く法
則なんだ。
（４０分経過）
それはケプラーの第三法則
平均距離の３乗/公転周期の二乗＝一定
という法則だ。
平均距離というのは楕円の中心から一番遠くまで惑星が行ったときの距離
では、この法則が本当かどうか、プリントに太陽と惑星までの平均距離と公転
周期が書いてあるから、計算機で計算して調べてみよう。
水性、金星、火星はほぼ、一定だね。木製以降はちょっとずれるけどほぼ一定
だ。
ケプラーはすごいことを発見したものだ。
授業が終わって
二乗、三乗をどうやって計算するかわからない生徒が多かったので、計算機を
使っても最後の計算に時間がかかってしまいました。
木製以降、離心率が大きくなるせいかケプラーの第三法則が本当に成り立つか
疑問を持つ生徒が出てしまった。
それ以前に、物理１Ｂではケプラーの法則は出てこないのでここでやってしま
うのは反則かな。
これで一応、力学は終わりです。次の時間から（文化祭が終わってから）は電
気に入ります。（１クラスはもうすでに入っている。明日はオームの法則だっ
たりする）