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おもしとは?/ ノーローン

[ 455] 物理おもしログ
[引用サイト]  http://physics.cocolog-nifty.com/

100円ショップで手に入れた密閉性のよいプラスチック容器(フタにパッキンがついてるやつで,直径10cmくらい)の内壁上部に隙間テープをぐるっと貼り付けます。
容器の底に裏から黒マジックを塗ってから,熱伝導性を良くするために銅箔テープを底全面に貼りました。(銅箔テープは必要ないかも)
プラ容器に貼った隙間テープにエタノール(薬局で売ってます)をたっぷりしみ込ませてフタをし,ドライアイスの上に乗せます。あ,放射線源のセットをしなくちゃ。
線源は,あるメーカーのランタンのマントル(知りたかったらメールください)で,これにはTh(トリウム)が含まれておりα線源として使えることで物理教員の間では比較的よく知られたモノです。
このマントルを少しほぐして竹串の先に巻き付け,フタの内側にくっつけたプラ粘土に刺して容器の底から5mmくらいのところに固定します。
ドライアイスの上にしばらく置いておくと,底の方のエタノール蒸気が過飽和の状態になりますから,放射性崩壊が起こってα線が出ると,その軌跡が飛行機雲みたいに見えます。
過飽和になると,底の方で「アルコール蒸気の霧が降る」みたいな状態になりますから,もしそうならなかったらアルコールを増やしたり,上のフタを手で温めたりするとうまく見えるようになるでしょう。
高校物理ではおなじみの問題ですが,上図のような装置(リニアモーター)に電池で電流を流すと金属棒に電池と逆向きの誘導起電力vblが生じて,抵抗Rがなければ回路に流れる電流がゼロになり,金属棒は等速vでレール上を滑ります。(電池の起電力をEとすると,E=vblとなるまで加速→電流ゼロ→金属棒が磁場から受ける力F=iblがゼロ→vで等速運動)
で,これを生徒に見せてやろうと思って,太陽電池用モーター(内部抵抗が小さいからこの実験にオススメ)に電池と豆電球を直列につないだ回路を作りました。(科教協ではよく知られた実験ですが)
モーターのプロペラを指で触って負荷をかけてやると,電球が明るさを増します(電流が増える)。この電流が仕事をしているのです。
「『モーターは発電機にもなる』なんてよく言われるけど,モーターとして動いてるときにも発電してるんだよ。だから,空回りしてるとき(仕事をしないとき)は,電流は流れてないんだ。電池も消耗しないんだね」
サントリーDAKARAのペットボトルのオマケでピグリンの回転舞踏会っていうらしいんだけど,なかなかよくできた玩具です。
ブタのピグリンにDAKARAのボトルを近づけるとくるくる回るのです。ボトルの反対側の面を近づけると逆回転します。→動画その1
手近にあった磁石を近づけていろいろと試してみたところ,磁石を少し傾けて近づけると回転することを発見しました。磁石を反対側に傾けて近づけると逆回転します。→動画その2
もうひとつ別の磁石をペットボトルのフタの中に入れて実験してみました(磁石のN極は2つとも上を向けてあります)。おお,ピグリンと同じ動きだ。→動画その3
何気なくフタの中に入った磁石に,もう一つの磁石を斜めにしてそーっと近づけてみました。そうすると,フタの中の磁石の片側がふわっと浮き上がりました。そうか,これだ!→動画その4
磁石Aを斜めに近づけると,磁石B(ピグリン)はひっくり返ろうとするんだけど,このおかげで重心の位置(接地点)が中心からズレるから回転してしまうのでしょう。(動画4を見ると分かりますが,磁石Aを手前に傾けると,磁石Bは手前が浮き上がります)
高校物理ではビオ・サバールの法則を教えないので,「直線電流の作る磁場はH=i/2πrで,円形電流の作る磁場はH=i/2rだ」とかって天下るんだけど,ちょっと気持ち悪いですよね。で,初学者にも分かるように計算できないかと思ってやってみました。
高校ではベクトルの外積を教えないので,「電流素片idzがつくる磁場の向きは右ねじの法則で分かるだろ?」
でも,ネットで調べてみるとこうやって計算してる人も何人か見つかりましたし,もっとインチキくさいのもありました(^^;)
体調不良で頭がサエないので,計算間違いもあるかもね。なんかオカシイところを見つけたら教えてくださいm(__)m
プリセットされていたストリーミングサーバーのデータは古いみたいで,Koreaの局以外は全部404エラーだったのでココでダウンロードできるチャンネルリストを書き込んでやりました。

 

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