理科担当のシコウ

ヨーヨー

[2008年11月18日(火) ]

先ほど，ヨーヨーを使って，力のつり合い，力のモーメントのつり合い，および，つり合いの破れに関する実験を，後輩のサイトウとともにやりました。

僕自身は，以前やったことがある実験なので，大して驚かなかったのですが，ある意味，常識と異なるような実験結果が得られるので，サイトウは，随分，驚いていました。

今回の実験は，今年度の大学受験コースのうちの，ある添削問題に関係があります。
近々，製品になると思いますので，どんな問題になるのか，楽しみにしていてください。

セシウム

[2008年11月05日(水) ]

昨日の国語力検定の中に，セシウムに関する記述があったので，今日は，セシウムＣｓに関する話から始めたいと思います。

国語力検定の内容からも類推できるように，セシウムは，ウランＵの核分裂によって生じることがあります。
通常，核分裂（原子力発電や原子爆弾）に使われるウランは，質量数が２３５のものです。
そして，ウラン２３５は，核分裂により，質量数が７０～１６０程度の２つの原子核に分裂します。
分裂によって生じる２つの原子核の組合せには，いろいろなものがあるのですが，セシウムと対になるのは，ルビジウムＲｂです。

一般に，核分裂によって生じる原子核は放射能をもちます。
核分裂によって生じたセシウム（質量数は１３７や１４０などのものがあります）も，放射能をもちます。
このため，国語力検定に書かれていた，ワインに含まれるセシウムは，放射能をもつと考えられます。
が，その量はごくわずかなので，ワインに含まれるセシウムの放射能による健康被害は，無視できると思います。

こう書いてくると，「セシウムは放射能をもつから危険」という印象をもつかもしれませんが，すべてのセシウムが放射能をもつわけではありません。

たとえば，天然に存在するセシウムは，質量数が１３３で，安定な元素であり，放射能をもちません。
しかも，セシウム１３３は，我々の日常の生活を支えている元素でもあります。
実は，時間の長さは，セシウム１３３の振る舞いを基準として決められているのです。
時間の長さを決めることができることからも，セシウム１３３は安定な物質であることが理解できると思います。

見慣れない・聞き慣れない元素名を見かけたり，聞いたりすると，「危険」と思いがちですが，必ずしもそうではありません。
また，同じ元素であっても，セシウムのように，質量数の違いによって，安定（放射能をもたない）であったり，不安定（放射能をもつ）だったりします。
すべての元素について，安定・不安定を覚えるのは容易なことではありませんが，せめて，何を見れば，安定（安全）か不安定（危険）かがわかるのかは，知っておきたいものです。
たとえば，理科年表が１冊あれば，この判断が可能です。
そろそろ来年度版の理科年表が発刊される時期ですし，これを機に１冊購入してみてはいかがしょうか。

アルプス一万尺

[2008年10月30日(木) ]

先日，mixiを見ていたら，中学時代の同級生が，北アルプスと南アルプスを登ったときの日記を書いていました。
そこで（？），今日は「アルプス一万尺」からスタートしてみたいと思います。

「アルプス一万尺」の歌詞（タイトル）の中に出てくる「アルプス」とは，日本アルプスのことです。
そして，「一万尺」とは，日本アルプスの山々の山頂の標高のことです。

１尺は約３０ｃｍなので，１万尺は約３０００ｍ。
これは，日本アルプスの山々の山頂の標高とほぼ同じ，というわけです。

ちなみに，アルプスの本場ヨーロッパのアルプス山脈の最高峰モンブランの山頂の標高は約１６０００尺（約４８００ｍ）です。

しかし，モンブランの高さを「尺」で測るのは何となく違和感があります。
モンブランの高さを測る単位としては，「フィート」あたりが妥当でしょうか。
そこで，モンブランの山頂の標高を，「フィート」を用いて表すと，約１６０００フィートになります。
つまり，「フィート」は「尺」とほぼ同じ長さなのです。
（１フィート＝３０．４８ｃｍ，１尺≒３０．３０３ｃｍ）

となると，逆に，「アルプス一万尺」は「アルプス一万フィート」でもいいような気がしますが，これはこれで，雰囲気が変わってしまいますよね。
やっぱり「アルプス一万尺」の方がしっくりきます。

日本でメートル法が施行されてから，すでに４０年以上経ちますが，「アルプス一万尺」などの存在を考えると，尺貫法は意外に身近な単位系なのかもしれません。
「一寸先は闇」「一寸の虫にも五分の魂」などのことわざにも出てきますし，「一升瓶」「一斗缶」のような体積の単位や，「四畳半」「100坪」などの面積の単位は，いまだに現役の単位として使われています。
身近なところで使われている尺貫法について調べてみるのも，案外面白いかもしれません。

乱視

[2008年10月22日(水) ]

一昨日は近視の話，昨日は遠視の話だったので，今日は乱視の話をしたいと思います。

一昨日の近視の話も，昨日の遠視の話も，実は，「像を結ぶ位置は１つ」という前提で話を進めています。
乱視は，この前提が崩れた状態と考えるとよいと思います。
乱視は，像を結ぶ位置が複数ある症状なのです。
（多くの場合は，像を結ぶ位置が２つのようです。
　ただし，中には，像を結ぶ位置がない乱視もあるようです。）

たとえば，空気中から水中の物体を見るとき，水面が波立っていると，物体が２重，３重に（あるいはそれ以上重なって）見えることがありますが，乱視は，つねにそのような状態が起こっていると考えてもらえば，よいと思います。
（ただし，これは，あくまでもたとえであって，乱視の人の見え方を
　正確に表現しているわけではないことに注意してください。）

通常のレンズを，正面から見ると，円状をしており，中心を軸として，対称な形をしています。
そして，ヒトの水晶体は，通常のレンズと同様の形状をしているとみなせます。
しかし，中には，水晶体の形がいびつであることがあるのです。
このような場合には，像を結ぶ位置が複数存在することになるのです。
（ただし，いびつといっても，ガタガタになっているわけではありません。
　たとえば，サッカーボールとラグビーボールの違いのように，
　綺麗な球体をしているか，回転楕円体をしているか程度の違いしかありません。
　（しかも，その違いは，この２つのボールの違いよりも，はるかに小さいです。））

ちなみに，遠視や乱視の矯正用の眼鏡やコンタクトレンズについては，保険が利くこともありますので，これらの購入を考えている人は，一度，眼科に相談してみてください。

近視も遠視も乱視も，基本的には，幾何光学の考え方で説明できます。
幾何光学の基本については，中学理科の教科書にも記述があると思いますので，興味がある人は，ぜひ見返してみてください。

遠視

[2008年10月21日(火) ]

昨日は，眼鏡というタイトルで，主に近視に関する話を書いてみました。
今日は遠視について書いてみたいと思います。

近視の場合から類推できるように，遠視の場合は，筋肉が弛緩している状態において，網膜よりも奥で，像を結ぶようになっています。
このため，遠視の人は，筋肉が弛緩している状態では，どこにもピントが合いません。
（近視の人は，筋肉が弛緩している状態でも，ピントが合う位置があります。
　その位置が，正視の人に比べて，目に近いだけです。）
つまり，遠視の人は，遠くを見る場合も，近くを見る場合も，筋肉を緊張させなければなりません。
しかも，近くを見る場合は，より強く緊張させる必要があります。
さらに，強度の遠視の人は，どんなに筋肉を弛緩させても，ピントが合う位置がないため，ピントを合わせるためには，何らかの矯正が必要になります。
遠視とは，遠くが見やすいという症状ではないのです。
（このことからも，近視は，単に「近くが見やすい症状」と捉えるべきではないことがわかると思います。）

遠視の矯正には，筋肉が弛緩しているときに，網膜上で像を結ぶように，像を結ぶ位置を，水晶体に近づける向きにずらしてやる必要があります。
この矯正には，凸レンズを使います。
凸レンズは，レンズの中心が最も厚く，中心から離れるほど薄いレンズのことで，像を結ぶ位置を，レンズに近づける働きがあります。
この働きは，光を集める働きと考えることができます。
（虫眼鏡で光を集めることができるのは，この働きがあるからです。
　つまり，虫眼鏡は，身近な凸レンズであり，遠視の矯正には，
　虫眼鏡に似たレンズを使っていると考えるといいと思います。
　ですので，遠視の矯正用のレンズを使うと，虫眼鏡のように，
　光を集めることが可能です。）

ちなみに，子供は遠視気味だそうです。
これは，眼球に比べて，レンズが大きい（水晶体の焦点距離が長い）ためで，網膜よりも奥で，像を結ぶようになっているようです。
ただし，通常は，成長とともに眼球が大きくなるため，次第に，水晶体と眼球のバランスがよくなり，遠視の症状が改善されていきます。

日本では，近視の人に比べて，遠視の人が少ないので，遠視に対しては，誤解している人が多いと思います。
近視も遠視も，それぞれの見え方に関して，レンズの性質に基づいて理解してもらえるといいな，と思っています。

眼鏡

[2008年10月20日(月) ]

先日，眼鏡を新調しました。
レンズを５年ほど，フレームを６年ほど使っていたため，レンズは汚れと傷が，フレームは，汚れと傷だけでなく，塗装の劣化が目立ってきたからです。

眼鏡の新調に当たっては，前回も利用したキクチメガネの最寄の支店に行ってきました。

個人的には，眼鏡屋の仕事には，非常に興味があります。
それは，目の仕組みや眼鏡の原理には，物理現象で説明できるものがたくさんあるからです。

たとえば僕は，近視（近眼）の矯正のために眼鏡をかけています。
目には，水晶体と呼ばれるレンズがありますが，遠くを見る場合と近くを見る場合では，水晶体の厚さが違います。
遠くのものを見る場合は，水晶体を薄く，近くのものを見る場合は，水晶体を厚くしています。

水晶体が薄い状態とは，水晶体につながる筋肉が弛緩している状態です。
逆に，水晶体が厚い状態とは，水晶体につながる筋肉が収縮している状態です。
近視の原因は，いまだにはっきりとはわかっていないようですが，正視の人に比べて水晶体が厚くなることにより（筋肉が弛緩しても，水晶体があまり薄くならないことにより），遠くのものにピントが合わなくなる症状が近視である，ということは，ほぼ間違いないようです。

ちなみに，近視というのは，近くが見えるから近視なのではありません。
正視の場合には，筋肉が弛緩しているとき（遠くを見ているとき），眼球のすぐ後ろにある網膜というところに，見ているものがハッキリと映ります（像ができます）。
しかし，近視の場合は，筋肉が弛緩していても，網膜より水晶体に近いところで像を結びます。
このため，近視と呼ばれるのです。
この結果として，遠くにピントを合わせることはできないが，近くにはピントを合わせることができる，という状態になっているのです。

近視の矯正には，筋肉が弛緩しているときに，網膜上で像を結ぶように，像を結ぶ位置を，目の奥（水晶体から遠い位置）にずらしてやる必要があります。
また，レンズには，凸レンズと凹レンズがあるのですが，近視の矯正には，凹レンズを使います。
凹レンズは，レンズの中心が最も薄く，中心から離れるほど厚いレンズのことで，像を結ぶ位置を，レンズからより遠い位置にする働きがあるのです。

こんな具合に，目や眼鏡は，物理と大きな関わりがあります。
そこで，今週は，目や眼鏡に関する話題を書いていきたいと思っています。
ただし，あくまでも予定ですので，まったく違う話題を間に挟むこともあるかもしれませんが…。

時計

[2008年10月15日(水) ]

「時計」と聞いて思い浮かべるのは，「アナログの時計」でしょうか，それとも「デジタルの時計」でしょうか？

僕自身は，どちらかというと，「アナログ時計」を思い浮かべます。
「アナログ時計」は，大雑把ではありますが，時刻を視覚的に把握できる点が優れている，と僕は思っています。

一方の「デジタル時計」は，正確な時刻を瞬時に把握できる点が優れているとは思うのですが，「案外，誤差が大きいかもしれない」とも思っています。

たとえば，正確なデジタル時計があったとして，その表示が「１２：３４」（１２時３４分）となっている瞬間の時刻をｘとすると，ｘは，１２時３４分００≦ｘ＜１２時３５分００の間のいずれかの値です。
このように，ｘには１分の幅（誤差）があるのです。
このことを考慮すると，デジタル時計の表示が「１２：３４」の場合の時刻は，この表示時の時刻の幅の中点である「１２時３４分３０秒」と考えた方がよさそうです。
つまり，「時」と「分」だけを表示するデジタル時計は，「平均すると３０秒遅れている」と考えられるのです。

最近は，アナログとデジタルの両方の機能をもつ（とみなせる）時計もたくさんあります（僕の腕時計もそうです）。
これは，「何となく，両方の機能がある方が便利」くらいにしか思われていないかもしれませんが，デジタル時計の平均３０秒の遅れを把握するため，つまり，より正確な時間を把握する上で，かなり有効なのではないかと思っています。
（たとえば，デジタル時計の表示が「１２：３４」で，
　アナログ時計が「１２時３４分５６秒」を指している場合，
　もうすぐ「１２：３５」である，と判断できます。）

サーキット

[2008年10月11日(土) ]

昨日，Ｆ１の日本グランプリが始まりました。

僕は，車のレースに特に興味があるわけではないですが，１０年ほど前に，Ｆ１で使用されたこともあるサーキットを，当時の愛車で走ったことがあります。

そのサーキットとは，「岡山国際サーキット」。
当時は「ＴＩサーキット英田（ティーアイサーキットあいだ）」と呼ばれていました。

ただし，サーキットを走ったといっても，レースをしたわけではなく，制限速度６０ｋｍ/ｈで走るセーフティーカーの後ろについて，コースを１周走っただけですが…。

サーキットで制限速度６０ｋｍ/ｈというと大したことないと思われるかもしれません。
確かに，直線では物足りない速度ですが，サーキットには，かなり急なカーブがいくつもあるので，制限速度６０ｋｍ/ｈでも，十分に走りを楽しむことができました。

そして，サーキットを走って最も驚いたのは，路面のグリップ。
サーキットのアスファルトは，通常のアスファルトに比べて軟らかく，少し融けたような状態になっています。
このため，ほんのわずかですが，路面とタイヤが接着するような状態になります。
そのお陰で，通常の路面ではスリップしても仕方ないぐらい急なハンドリングであっても，滑ることなく走ることができます。

さらに，コースの起伏の激しさ，カーブのバンク（傾き）が急であることにも驚きました。

コースを１周走り終える頃には，愛車のタイヤ全体に，サーキットの路面のアスファルトが融けたものが，うっすらと付着していました。
そのお陰で，その後もしばらくの間は，愛車のタイヤのグリップが増した状態を楽しむことができました。

これらを実感してからというもの，Ｆ１などのレースをテレビで観る目が変わりました。
今回の日本グランプリは，仕事の都合上，観戦（テレビ観戦）するのは難しいかもしれませんが，今後もときどきは，サーキットの物理状態などを気にしながら，カーレースを観戦したいな，と思っています。
そして機会があれば，もう一度くらいは，サーキットを走ってみたいなと思っています。

ミーハー

[2008年10月08日(水) ]

昨夜，飛び込んできた，南部先生，小林先生，益川先生のノーベル物理学賞受賞のニュース。

そのニュースを知ると同時に，ブログを書いたミーハーな僕。

さらに今日のasahi.comで，３人の著書の重版が決まったことを知りました。

今日は，これから，沼津市立図書館に行くので，重版が決まった３冊を借りてこようと思っています。
蔵書検索をしてみたところ，これらが存在することと，現在は誰も借りていないことが確認できました。
ただし，予約状況がすぐに反映されるわけではないので，すでに誰かが借りている可能性がありますが…。

ノーベル賞

[2008年10月07日(火) ]

南部陽一郎先生、小林誠先生、益川敏英先生の３人が、ノーベル物理学賞を受賞しました。

この３人は、僕が学生のとき（１５年ほど前）には、すでに「いつノーベル賞を受賞してもおかしくない」と言われていました。
このタイミングでの受賞は、「南部先生が生きている間に賞をあげておきたかったから」ではないかと推測しています。

というのも、７月１１日のブログで書いた、戸塚洋二先生のように、何年もの間、ノーベル賞候補と言われながら、受賞前に亡くなってしまう人もいるからです。

それにしても、一気に３人もの日本人が受賞というのは（南部先生は米国籍ですが）、初めてのことですので、同じ日本人として非常に嬉しいです。

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