磁石カタツムリ2の読者ガイド




オリバ・ライト先生から:子どもたちに磁石カタツムリの2冊の絵本を読む際に参考となる、以下のご説明・本の取り扱いヒント・実験のご提案を用意しました。実験に掛かる費用としては、家にすでにあるものを利用しながら、0円から数百円程度でできます。子どもの年齢に応じて、安全対策を十分取ってください。 それぞれの説明の後、なぜその科学が世の中では大事なのかが書かれています。一冊目の本の読者ガイドはこちらのリンクをクリックしてください:マギーとマグナスの冒険

磁石カタツムリ2:マギーとマグナスと山賊カタツムリ




子供に年齢によりストーリーを何日間に分けて読む必要がある可能性があります。この絵本の自分で読むことはできる年齢は7-10際のときと考えられますが、大人と一緒に読むと 絵本の書いていな説明も聞くことができるため、さらに深い理解が得られます。年齢5歳以下のときは、本文を全部子どもに読む必要はなく、話を省略しながら説明をするのはいい方法だと思います。 順に磁石カタツムリ1の絵本の磁石の内容をよんでから、磁石カタツムリ2の絵本を読んだ方が子どもたちの理解には繋がります。 以下にも簡単の家の中の実験により、原理を子ともたちに直接見せることができます。

この絵本の中で電磁気学と力学の話があります。以下のページのご説明にご参照ください。 先に本のお話をそのまま楽しみたい方は、この文章は絵本を読んでからご参照ください。
CONTENTS

1. ページ1-2:磁石のN極とS極がくっつく、同じ極は反発する。

2. ページ3-4:数回釘を磁石にこすると釘が磁石になります。
磁石を高性能な顕微鏡で見ると 電子(小さい矢印として想像していい物)は同じ方向に整列しています。 お庭で見つけた錆びた釘みたいに磁石になっていない磁性金属(鉄、ニケル、コバルトなど)にもたくさんの電子がありますが 、それらは異なる方向を向いています。 磁石に磁性金属をこすり合わせると、電子がその磁石の力を受けて、電子が整列して物体を磁化します。 元々磁石ではない釘はしばらくの間その磁力を保持しますが、徐々に電子の向きがバラバラになり磁力が弱くなっていきます。。

試してみよう!  これは実際、家で自分で確かめることができます。釘の変わりに普通の鉄製のペパークリップでもOKです。 冷蔵庫に貼る磁石でも利用できます。最初にペパークリップ同士にはくっつかないことを 確かめて実験を始まります。二つのペパークリップを順番でいつも同じ方向にそれぞれ磁石に1分間(60回程度)こすると十分です。その後、ペパークリップ同士はくっつきますか。磁石になってれば、くっつきます。

ネオジム磁石のように非常に強力な磁石もありますが、ネオジム磁石同士を近づけると強く跳ねて指をはさむ可能性があるため、安全ではありません。これらの強力な磁石は使用しないように注意してください。

世の中では? 産業界では、鉄やニッケルなどの強磁性金属を合金にして磁場にさらして磁石を作ります。これは基本的にはマギーが釘を磁石にする方法と同じです。

3. ページ5-6:なぜカタツムリは逆さまになっても落ちないですか。
カタツムリの皮は非常に湿っていて、粘液の薄い層で覆われていることが多く 水分を保持し、その粘液の味を嫌うほとんどの捕食者からカタスムリを保護します。この液体の層は粘着剤の特性もあり、 逆さまに歩くのに役立ちます。ただし、他の理由もあります。カタツムリの体はタコの足の吸盤と似ています。吸盤は、柔軟な凹型の物体であり、柔らかく密閉可能な円環状のくぼみと、カップを凹型に戻すための弾力性を備えています。 吸盤を滑らかで平らな面に押し付けると、カップが平らになり、カップと表面の間から空気が押し出されます。 カップの弾力性は凹型に戻ろうとしますが、表面とカップの縁の間が密閉されているため、外気が表面とカップの内側の間の空間に戻ることはできません。 空間内に空気がほとんどないと、カップの弾力性によって維持される真空になります。 中が真空の場合、外気はカップの外側を押し続け、カップを表面に押し付けます。 カップ内に圧力がほとんど存在しない場合、吸盤は外気圧によって表面に対して保持されます。 この説明を小さい子供にするのは難しいので、 「タコの足みたいにくっつく」と説明するのはいかがですか。

試してみよう!  これは実際内で自分たちは確かめることはできます。タコの足と同じ機能の冷蔵庫にくっつく吸盤があります。お水を付けてさらにくっつくことを確かめるといかがでしょうか。

世の中では? 動物の世界での重要性の他にも、真空吸盤は、物を掴んで指定した位置に置くことができるので、工場などさまざまな産業界で利用されています。 これらの装置では、真空ポンプと連動して物体を持ち上げます。 その吸盤はシリコーンゴムやポリウレタンプラスチックでできています。

4. ページ7-10:なぜロープの長さが短くなると揺れる回数が多くなりますか。
マグナスの頭の回る理由はロープが短くなりますと振動が早くなりだしたからです。これは振り子の同じ現象です。振り子は 紐の先に重みを付けて左右に揺らすものです。振り子の一周期(一回振動する時間)は実は紐の長さと引力だけに依存しています。例えば紐の長さを1/4の長さにすると周期は1/2になり、動きが早くなります。 マグナスはその影響を感じて頭が回りました。

試してみよう!  家では紐の先に重りをテープでくっつけて自分も簡単に振り子を作れます。紐の長さを大きく変えて周期がどう変わるかを調べてみましょう。先ほどの説明に よりますと紐を1/4の長さに縮める左右に動く時間が1/2になります。片手で紐の上の部分を持ち、紐の長さを早く短くしていくと揺れる左右の幅も大きくなります。これはエネルギー保存の原理と関係あります。(マグナスはマギーによって ゆっくり持ち上げられて、その間に振動エネルギーを失っているため、それほどページ9では左右の動く幅が大きくはなっていません。)

世の中では? この振動の原理がなぜ大事なのかということですが、振り子の動きと楽器の音は両方とも共鳴現象です。物体の振動の速さが何に依存するか分からないと楽器設計はできません。また、橋を上手に設計しないと 橋がさまざまな振動と共鳴で大きく動いてしまい壊れることもあります!

5. ページ19-20:電磁石とはなに?
電磁石は、金属片に巻き付けられたある長さのワイヤー(通常は銅の電線)で構成されています。 電流、つまり電子の流れ、は、たとえばバッテリーから導入され、ワイヤーを通って流れます。 これにより、コイル状のワイヤーの周りに磁場が発生し、金属が磁化されて一時的に磁石に変わります。 電磁石は、電流のオンとオフを切り替えることで磁石のオンとオフを切り替えることができるので便利です。

マグナスは電磁石でできた罠に引っ掛かって運が悪かった!     

試してみよう!  磁化されていない金属製の釘を見つけます。たとえば、便利な長さは約4〜6cmです。磁化されていないことを確認するには、金属製のペーパークリップを持ち上げられないことを確認します。次に、9Vの角型電池(4.9×2.6x1.7cmの大きさ)に直径約0.5mmのエナメルコーティングされた長さ100cm銅線を取ります。銅線の太さは、0.2mmから1mmまでであれば問題ありません。 ワイヤーの長さ約20cmを残し、釘に巻き始めます。釘の先のとがった先端の約5mmにワイヤーがいかないように、釘に沿って均等に巻きます。 釘のとがった先端で怪我をしないように注意してください。両端に約20cmのワイヤーが残ったら、巻くのを止めます。釘の長さや太さによっては、巻き終わる前に 2層または3層の銅線にする必要がある場合があります。これでコイル電磁石を作成しました。

銅線の両端の絶縁エナメルを約3cmを紙やすりなどで剥がして、バッテリーの端子に巻き付けられるようにします。紙やすりがない場合には、カッターナイフの刃でも剥がすことができますが、小さい子には危険ですので、それは親御さんがやってあげてください。銅線の端を電池のマイナス端子に巻き付けます。テープで抑えても構いません。ショートしないように気をつけてください。 次に、ペーパークリップが釘で拾えないことをもう一度確認します。次に、残りのワイヤーの端を乾電池のプラス端子に接触させ、ペーパークリップを持ち上げます。 プラス端子のワイヤーを手放すと、ペーパークリップが落ちます。落下しない場合は、釘で磁化されていることを意味しますので、重いペーパークリップを試してみてください。電池を外すと実際に落下します。

短い細い銅線を電池に接続しないでください。 真っ赤に光って非常に危険な場合があります。

世の中では? 電磁石はモータでよく使われますし、自動車の解体屋で重い鋼片をある場所から別の場所へ移動するために使用されています。 高エネルギーの研究者は素粒子実験でも使っています。

6. ページ29-30:レモン電池とは?
レモンのクエン酸は亜鉛と反応し、亜鉛から電子が出てきます。 銅は亜鉛よりも強く電子を引っ張るので、 電極がワイヤーで接続されている場合、亜鉛から出てきた電子は銅に向かって移動します。 動く電子は電流と呼ばれ、その電流は電球を照らしたり、電磁石の電流にもなったりします。

1個のレモンのレモン電池は1V程度を出しています。くずくず王様が用意している8個のレモン電池は大体8Vになります。これはマグナスを電磁石で掴むのに十分でした。

試してみよう!  簡単に自分でレモン電池を作ることができます。銅の釘の変わりに10円玉が使えます。亜鉛メッキを釘と銅線(エナメル被覆していないもの)をホームセンターで探します。 また、LED一個がありましたら、3-4個のレモン電池で光らせることができます。絵本のような繋ぎ方をします。電線を10円玉と釘に接続するためには電線を何回も巻いたらちゃんとした電気接触となります。

世の中では? 電池は携帯電話の動作を維持し、電気自動車に電力を供給します。 世界がより多くのグリーンエネルギーを得るにつれて、電池はますます使用されるでしょう。 レモン電池はどうでしょうか? 申し訳ありませんが、それらは楽しい科学実験以外には全く役に立ちません。 レモン電池でTesla Sの電気自動車を走らせるため大体30億のレモンが必要になります! そのレモンの重さだけで、およそ35万トンになります!

7. ページ37-38:ロープを使って川を渡る。
マグナスとマギーはうまく逃げられた理由は川の流れとロープのおかげです。もし川ではなく、池であれば動かなかったし、または川があってもロープがなければただ川の流れた方向に 行ってしまうだけです。うまく両方、川の流れとロープの組み合わせで逃げられました。それは力の方向の関係です。、

ロープを掴んで川に飛び込むと、川が流れの方向にカタツムリに力を働かせる同時に、ロープはロープに添った方法に力を作ります。この二つの力を足した方向にカタツムリが動きます。 その方向は山賊カタツムリから離れる方向に働き、最終的に逆の岸にたどり着きます。

試してみよう!  この実験は自分で簡単に試すことができます。 小さな紙をくしゃくしゃにしてボールにし、セロテープを使って50cmの長さの糸をそれに貼り付けます。 次に、もう少しテープを使用して、糸のもう一方の端を床に固定します。 それがまっすぐになるまで糸を伸ばします。 本の27ページの写真で、小川の流れを表すヘアドライヤーを使用して、川の方向に、小川のように、 ページの下部に向かって紙を吹きます。 マギーとマグナスが動いたように紙のボールが動いているのが分かりますか。

世の中では? 海運業界のタグボートの船長は、海や川でロープを使って被災した船を安全に引っ張ることができるように、この原則をよく理解している必要があります。 マギーとマグナスだけでなく、人々の生活は力の原理に依存しています!