中学生の音速の科学研究がすごい 2

研究の全体像をまず説明しておきたいとおもいます。

この研究は、実験そのものは単純であり、データをとるのも
けっこう楽にできます。
しかしそこに至るまでにはたいへんなドラマがあり、苦労し、
悩み、さまよったようすを傍らで見ていたわたしは知っています。

したがって、研究の概要を先に書いてしまうと、あっけないほど
拍子抜けして、そのドラマが伝わらないおそれがありますが、
そうはいっても、まず全体像を知っていただいた方が理解が
早いとおもいますので、今日はまず全体像の説明です。


主要な道具は、108円のモデルガンです。
大きな音が出ます。これがポイント。

これに弾を込めて発砲します。

このとき、モデルガンの鼻先に速度計を置き、発射した弾の速度を
記録します。
この速度計は広島カープが持っているような高価なものではなく、
レーシングカーの速度を測るために作られたもので、ビースピという
愛称で物理教材としても売っています。

さて、一眼レフのカメラをお持ちの方なら、外付けのストロボをご存知でしょう。
カメラのシャッターが押された瞬間に電気信号がストロボに届き、
そのタイミングで発光します。

このストロボをカメラからの信号ではなく、音の信号で光らせる装置に
つなぎます。これを「音スイッチ」ということにします。
これは、写真チームが使っていたものです。

部屋を暗くして、シャッターを4秒くらいにセットし、この4秒の間に
モデルガンを発砲してストロボを光らせ、弾を撮影しました。
バックには物差しを置き、銃口から銃弾が何センチメートル飛んだかを
写真から読み取れるようにしておきます。

シャッター速度を4秒と長くしたのはわけがあります。
カメラ係とピストル係は、声を出して合図できません。
「せーの」なんて声を発したとたんに、その音でストロボが発光して
しまいますので、うす暗い部屋で目配せで合図をしなくてはなりません。
息が合うまでは4秒くらいの余裕が必要でした。

肩を軽くたたいたり、手をにぎったりすれば、1秒あれば十分ですが、
カメラ係は男子、ピストル係は女子。
いずれも花も恥じらう中学2年生ですから、目配せすらぎこちないもので、
10秒待っても発砲音が聞こえないこともざらでした。
声が出せませんから、お互いをちらちら見ながら、待っているのです。
ここがいちばんの難関でした。

さて、いよいよ音速の測定です。

(距離)÷(時間)=(速さ) であることは、ご存知ですよね。

音速は、音が伝わった距離と、それにかかった時間がわかれば計算できる
わけです。

音が伝わった距離は、モデルガンと音スイッチの距離を巻き尺で測れば
いいですね。

問題は時間です。とてもストップウォッチでは測れません。
ここで、中学生のアイデアが生きてくるのです。

音が音スイッチに伝わった瞬間にストロボが光るわけですから、
モデルガンの弾が銃口からどのくらいの距離を飛んだのかと、そのスピードが
わかれば、時間がわかります。

この弾が飛んだ時間は、音が伝わった時間と等しいと考えたのです。

要するに、
 (弾が飛んだ時間)=(音が伝わった時間)

 (弾が飛んだ時間)=(弾の飛んだ距離)÷(弾の飛んだ速度) で出せます。

この弾の飛んだ距離は、撮影された写真をパソコンで大きく映し出して
物差しの目盛りで読み取ります。弾の速度はビースピの数字を読むだけです。

文字6m1sizeretouchDSC_2592
 
音速は、あっという間に計算できます。

 (音速)=(音センサーとモデルガンの距離)÷(弾が飛んだ時間)

となるわけです。

すごいアイデアだとおもいませんか?

ほんとにこれでいいんでしょうかと聞かれ、何度も紙に絵や式を書いて
確かめたのは、つい2ヶ月ほど前のことでした。


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