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勉強するならば実物を実感して

 今日は博物館へ行ってきました。こんにちは、コンセプトデザイナーの多ぁ望です。

 最近、奥さんが物理学の勉強をはじめました。

 もちろん文系です。

 理系の私が理屈を説明しててもなかなかわかってもらえません。

 ならば、実物を見て、実感して理解してもらおう!

 ということで、実学のためにここまで行ってきました。

  • 葛飾区郷土と天文の博物館:フーコーの振り子

  • No.154

    フーコーの振り子―科学を勝利に導いた世紀の大実験フーコーの振り子―科学を勝利に導いた世紀の大実験
    (2005/10)
    アミール・D. アクゼル

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     今日のトライ宣言です。

  • Try367:勉強は自分の目で確かめ、自ら計算して理解し、実物を実感して納得しよう。

  • きっかけ


     フーコーの振り子に興味をもったのは、図書館で先の本を読んだことがきっかけでした。

  • Task102:フーコーの振り子を見る。地球の自転を自分の目で確かめよう。

  •  そして、当時、全然関連のない本「U理論」を読んだことで、視点の違いという観点で一致した経験がありました。

  • Task102:フーコーの振り子を見る。地球の自転を自分の目で確かめよう。 10.05.22完了

  •  その後、2年前になりますが実際にこの目で地球が自転することを確かめてきました。

     今回は、奥さんが宇宙とか地球の自転とか、振り子とかを勉強しているので一緒に見に行ってきました。

    フーコーの振り子

     私も改めて、その原理について一緒に考えることで理解が深まりました。

    フーコーの振り子を理解する


     フーコーの振り子では以下の3つを理解しておくことをオススメします。1と3は理解していたんですが、今回あらためて2の理由がよくわかりました。

    1.振り子の周期

     振り子とはつりひもの長さLの先に重量Mの重りがつるされた状態で、振り子運動をします。

     その重りMには重力M×gがかかっています。

     このときの振り子周期Tは2×π×√(l/g)で表されます。

     博物館の振り子はL=16.2m、重りは130kg、重力加速度9.8m/s2です。

     計算してみるとこうなりました。

    フーコーの振り子周期

     実際に、眺めてみると・・・。

     iPhoneで計測してみたら8.1秒。ほぼピッタリでした。こういう感覚が実物で実感して学ぶってことなんですね。

    2.つりひもの長さと重りの重さ

     先ほどの周期の式を見ると、重量Mが入っていません。ひもの長さLの平方根に比例して、重力加速度gの平方根に反比例するという意味。つまり、重量が変わっても周期は変わらないんです。

     では、どうやってフーコーの振り子の重量は決まるのでしょうか?

     これにはひもの長さも関係してくることがわかります。

     自然界では物理現象として振り子は必ず減衰して停止するものです。最初に持っていた位置エネルギーが運動エネルギーと摩擦、空気抵抗に変わって失われていきます。

     フーコーの振り子では超時間振り子が動き続けて欲しいわけですが、そのためには摩擦や空気抵抗による損失を極力小さくする必要があります。

     その手段が重量を大きくして慣性(動き続けようとする特性)も大きくとり、減衰しにくくさせること。

     もうひとつはひもの長さを長くすることで、周期を長くして、重りの速度を極力小さくすることで、空気抵抗の影響を小さくしているわけです。

     それでも減衰には勝てません。博物館の展示システムでは失われるエネルギーを電磁石で補って、動き続ける仕組みになっているのでした。

     世界にはいろんなサイズのフーコーの振り子の展示があります。それらがどう違うのか?このような観点で比較してみてはいかがでしょうか?

    3.振り子の面が動く周期は24時間じゃない?

     3つめの理解のポイントは振動面が回転する周期が24時間でない理由です。フーコーの振り子とは地球の自転を証明した物理実験であり、北極点では24時間で一周します。

     緯度がゼロとなる赤道ではフーコーの振り子の振動面は動きません。

     ここの博物館では緯度が35度であり、その周期TはT=T/sinθで表されます。

     これを計算すると、40.9時間となるわけです。

     ここの博物館の振り子は15分で1本のピンが倒れます。これが165本あって、すべて倒れるまでにおよそ41時間かかるわけです。

     詳しい説明は弘前大学のWebサイトが参考になります。

  • 弘前大学 フーコーの振り子

  •  今日のトライ宣言です。

  • Try367:勉強は自分の目で確かめ、自ら計算して理解し、実物を実感して納得しよう。
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