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宇宙　の　ロマン




中国4000年の歴史。人間は古い歴史をもっているって言っても、人類誕生の６００万年前から比べれば、極最近。
人類誕生の６００万年前といっても、生命の誕生５億年前、地球の誕生45億年前、宇宙の誕生　137億年前から比べると極最近。

二酸化炭素によって地球温暖化が懸念されていますが、昔の地球は二酸化炭素だらけ。
植物のおかげで酸素に変えてもらって、今の地球が出来上がっています。
生まれてきた生き物はそのほとんどが絶滅し、進化し、生き残ったものです。

今後の地球はどうなるか、っていうことはよくわからないけれど、
太陽の寿命はあと約50億年、地球で生物が生きていけるかというと、もっと早く絶滅します。
数十億年で、太陽がでかくなり、地球は熱くなって生命は存在しなくなります。

なんと、壮大な話ではないでしょうか。
中学3年理科でその入り口を教えてもらえます。
まずは、テストの点数を気にしないで、宇宙を味わってみましょう。
小さなことで悩んでいることがばかばかしくなります。

蒸散って

植物の葉の裏側に気孔と呼ばれるものがあって、そこから植物中の水が水蒸気となって大気中に放出される現象。

う〜ん、ちょっとまって、中学生の子がこんな説明を聞いてしっくり納得できるのだろうか？
学校とすれば、テストのこともあるので、まず言葉を教えますが、頭にはいるのでしょうか？

人間の頭の特性とすれば、使ったことのない言葉を単純に覚えることは苦手です。
テストにでるよ。と先生に言われれば、単語だけを覚えようとします。
嫌々覚えたことは、一日経てば忘れます。
真面目な子はなんども復習して、言葉だけは覚えようとはしますが、なかなか覚えられません。

人間の脳は無駄なことは忘れる様にできています。
言葉なんて覚えただけでは生活に役立ちません。脳は無駄なことと判断して忘れます。

ではどうするか？
まずはなんで蒸散するかをイメージします。
蒸散することによって、気化熱を奪って、葉っぱの温度を調節しています。
ベランダに植物の葉を育てると蒸散することによって、温度を下げることにつながります。
または、真夏に森の中の風の涼しさをイメージできれば、記憶に定着することでしょう。

次のハードルは蒸散ということばです。
中学生には初めての言葉です。大人にとっても普段使いません。
この言葉をつかうのは、酒造会社でアルコールの蒸散を防ごうと奮闘している職人さんぐらいでしょう。
言葉も現象も初めてのことを、誘惑の多い中学生がすぐに覚えられるとはとても思えません。

漢字そのものに親しみましょう。
蒸散の”蒸”の成り立ちは
　落とし穴の形に、ひざまずく人の形、それに燃え立つ炎の形。
　熱気があがって”むす”を意味する漢字になりました。
蒸散の”散”の成り立ちは
　竹の形、切った肉の形と右手の形から
　バラバラにするという意味する漢字になりました。

結局、蒸散は蒸してバラバラになっていく感じです。
これに対して、蒸発は蒸して、発するということに注目されていて、
バラバラになっているかどうかは注目していません。

物事の現象と命名、その辺に人のこだわりが表れている感じで、面白いです。
それを感じとったつもりになると、覚えられます。
しかもなかなか忘れません。少なくとも高校入試までは覚えてられます。
お試しあれ。

もしも月がなかったら、

月は、地球誕生時に天体が衝突し、その結果に分裂し、地球の引力に捕まったものと言われている。
そのことが今の地球に大きな影響を与えている。
単に月がみられなくて、物足りない、といったものだけではありません。

月のおかげで、潮の満ち引きに影響を与え、地球の気候に大きな影響を与えます。
最もわかり易い影響は地球の自転速度が何倍にも早くなることです。
月のおかげで、地球の自転のためのエネルギーが潮の満ち引きのために使われて、回転が遅くなっています。
地球の自転の影響は、単に一日の時間が変わる、といったことではなく、地球の環境に大きな影響を与えます。
地球が丸くて、自転しているってことから、台風が発生したり、強い偏西風が吹いたりします。

月がないと、厳しい環境になることが予想されます。
あたりまえだと思っていることが、大切でかけがえのないものになっています。
月はやさしい時のお母さんの様に感じています。

もしも氷が水より重かったら、


水ってどこにでもあるんだけど、不思議なもの。
そのもっとも不思議な性質が、個体の方が液体より軽いってこと。
水が一番重い（密度が大きい）温度は、４°Ｃ　の時ってこと。

普通に考えれば、がっちり固まっている方が重い。
同じ液体でも、密度が大きいのは添えそれぞれの物質の動かない温度の低いとき。
もっとも身近なものの一つである水は、もっとも不思議な性質をもっています。

水の構造は、鉄筋コンクリートの建物と同じです。
鉄筋コンクリートの建物は、部屋がいっぱいあって、すかすかの状態です。
しかし、鉄筋コンクリートの建物を壊すと、コンクリートはバラバラになり、
部屋が壊れて、全体のコンクリートの塊の大きさは小さくなります。

これと同じことは目に見えない小さな世界で起こっています。
これによってなにがおこるのでしょうか？

冷たいジュースを飲みたいときには、氷を浮かべます。
氷が解けることによって、周りのジュースが冷やされ、重くなって、冷えたジュースは下に沈みます。
ジュースの上の部分には温かいジュースがきて、また冷やされ、かき混ぜなくてもまんべんなく冷やされます。

これは大したことはないのですが、”ワカサギ”にとっては大変です。
湖の表面が凍っても、湖底は凍っていません。
それは、水が凍ってもそれは軽いので表面にたまります。
その氷が断熱材として、熱の放射を防ぐとともに、湖底は、水がもっとも重い４°Ｃ　に保たれます。
水温が４°Ｃが好きな生物にとっては楽園です。

海の場合ではどうでしょうか。
氷の方が重いと流氷は沈んで、流氷はなくなります。
極地（北極、南極）の海底は凍ってしまって生物は生きていけません。
地球上の生物の繁栄には、水の性質は欠かせません。
海の生物の多くは生き残れません。
海が凍るだけでなく、地球の温度変化は大きくなり、生物にとって厳しい環境になります。

なにげない性質がいろいろなものも決定づける重要なことです。
科学とは、不思議で面白い。

(電気力線：　なぜ電荷で本数が決まるの？なぜ平行平板でも本数は同じ？）

　”電気力線の本数は、電荷に比例する。点電荷ではわかる様な気がするけど、なんで平行平板でも点電荷の電荷と同じ本数は同じなの？”　と娘に聞かれた。うまく答えられない。そういうもんだ、ということも簡単ですが、それでは娘に頭に定着しない様な気がして、納得できる答えはないか、と考えた。
　そこで、調べてみると、ウィキペディアに書かれていることは、電気力線（でんきりきせん、英語: line of electric force、electrical flux line）とは、マイケル・ファラデーによって考え出された、電気力の様子を視覚的に表現するための仮想的な線をいう。
　確かに電荷と電界をイメージするにはわかりやすい線の様な気がする。よく、電圧は高さ、電界は斜面の傾きで表現している。なぜ、重力線の様なものは使わないだろうか。などとも考えてもみたが、結局は使い道の問題の様です。
　本題に戻って、なんで平行平板でも、電気力線の本数は電荷量で決まって、点電荷の時の電荷量のときと同じか。結局は、そうなる様な物理現象なので、そうなる、ということでしょう。この物理現象の基本原則として、力は距離の２乗に反比例して、電荷量に比例する。そのことから電気力線は閉じた空間に横切る電力線の本数は同じになることが導き出される。なので、閉じた空間が球であろうと長方形でも同じってことになる。でも高校生にどう説明したらいいか。大学の知識は数�Vの知識をつかっても難しい。高校の段階では覚える現象ということで我慢してもらうか。只今、検討中。

台風は半時計まわりに風が吹くのはなぜ？


　低気圧の風の向きを教えるときに、”台風が半時計まわりに風が吹くのは、地球が丸くて地球が自転していることから起こっているんだよ、”と言ってみる。その反応で、この子は理科が得意かどうかだいたいわかります。理科の苦手な子は　”だからどうした”って感じで、ふーん、でおしまい。得意な子は”えー、どうして、”、”そういえば、南半球では　”　となります。
　苦手な子はテストに出てくる現象だけを覚えようとしますが、得意な子はなんでそうなるかを気にします。理科の得意な子はさらに突っ込んできました。水を溜めたシンクから水を抜くとき、赤道をはさんで、南半球では右回りの渦、北半球では左周りの渦、赤道上では渦ができなかった、ということをTVで見たことがある、といってきた。いかも小学校の時にみた、といってきた。
　赤道上はもっとも自転の力（コリオリの力）影響を受けにくいところで、しかも、数メートル移動しただけで、そんな小さい渦に影響を与えるはずはなく、それはトリックである。しかし、私が感心したことは、中学三年にもなって小学生の時にみたその現象を覚えていることに驚いた。そのこと自体を覚えていることに驚いた。小さい頃から面白い現象に興味をもっていて、印象に残ったことでしょう。
　その子にはテストの回答テクニックだけでなく、理科の面白さを味あわせながら、教えていきたいと思う今日この頃です。

浪平が最近知った天体の話

１．　北極星の位置は変わる。
　　　　　コマが首を振るように約25800年かけて自転軸が回る。
２．　12星座の位置は約一ヶ月ずれている。
　　　　　１２星座を決めたのは2000年前、その時からずれてしまった。
３．　月の自転周期と公転周期がぴったり同じになったのは、共鳴によるため。
４．　月は地球から離れていっている。
５．　離れていっている原因は潮の満引きによるエネルギの消費による。
６．　太陽の２７日に一回転自転していて、２億２６００万年で銀河系を公転している。
７．　太陽系のある銀河を銀河系といって、それ以外を銀河という。
　　　　この不自然な命名は、銀河系と命名したときにその他に銀河があることを知らなかったことによるもの。
８．　ダークマターなるものがある。
９．　地球の自転速度は遅くなっている。
１０．木星の存在が、地球への隕石落下を防いでくれている。

　ここ最近、浪平が知ったことです。ニュートリノの質量の存在は難しすぎてわかりませんが、その他にも面白いことがいっぱい。宇宙って、おもしろい。

月の公転周期と月の満ち欠けの周期

　ネットをみていると、月の公転周期と月の満ち欠けの周期の違いの質問がありました。その質問では、それらの違いがあることを塾で習って驚いた、とのこと。え〜、塾で習ったんなら、塾で聞かないの？と違和感を覚えつつ、最後までよむと、小学６年の質問であったことがわかり、驚きました。ここに突っ込みを入れるとはかなり理科が好きな子だろう、と感じました。そこで私も実際に計算してみたいと思います。
　具体的には、月の満ち欠け周期は　２９．５日、地球の公転周期は　365.25日　として、月の公転周期を計算してみましょう。
　月の満ち欠け周期が２９．５日とすると、２９．５日毎に、太陽、地球と月との位置関係が同じになります。２９．５日経つと地球は太陽に対して公転していますので、地球と太陽の位置関係が変わります。具体的に何度変わるかというと、
　　365.25日で３６０°変わるので、２９．５日では　　３６０°×　２９．５　÷　３６５．２５　＝ ２９．０７６　°　変わります。なので、満ち欠け周期では　３６０＋２９．０７６　＝３８９．０７９°地球に対して回っていることになります。月の地球に対する公転周期でまわる角度は３６０°なので、月の地球に対する公転周期は２９．５日×３６０/３８９．０７９＝ ２７．２９５日　となります。　よって、月の地球に対する公転周期は約２７．３日になります。

　月や天体の動きでは、地球が自転して、太陽に対して公転して、時間は地球と太陽の関係で決められているので、一見複雑に見えます。しかし、それぞれ単体の動きは単純です。いくつかのものが組み合わされることにより、複雑に見えるだけです。それぞれ単体の動きをよくみてみましょう。

中学理科（地震の計算問題）

　理科の地震はわかった、でも計算問題ができない、という子が多い。地震用語：P波、S波、初期微動、主要動、１０段階の震度、マグネチュード、プレート、用語は全て知っているのに、グラフを読み取って、地震の発生時刻が計算できない。地震の伝わる速さがわからない。子どもが考えているところをみると、考えている様にみえるが手は動いていない。どう手をつけていいか、わからない様であった。
　そこで、見方を変える様にいっています。地震と思わないで、P男君とＳ子ちゃんが家から同時に走り始めた、と思う様に言います。同時に走り始めて、横軸に時刻、縦軸に家からの距離だと思う様に言います。そうするとその傾きは速さになります。数学の一次関数の文章題のなかで簡単な問題と同じだよ。わかる子は今まで難しく考えすぎていたことに気づき、簡単に解ける様になります。
　しかし、わからない子はわからない。確認してみると、ｘ軸が時刻で、ｙ軸が距離の場合、その傾きが速さになることがわかない。道のり、速さ、時間の計算はできても、グラフから、その傾きが速さになることに気づかない。説明してもキョトンとしている。各数量の意味を掴む前に計算方法の丸暗記に頼ってきた結果の弊害が出ています。理科の科学的な現象、用語がわかっていながら、計算問題がわからないときは、数学の関数または関数の簡単な応用問題から見直してみましょう。

中学理科（溶解度と濃度）

　おじさんからみると簡単そうにみえて中学生の苦手な理科の単元があります。その一つとして溶解度と濃度があります。もともと勉強しない子ができないのは当たり前ですが、そこそこ勉強している子でもできない。他の単元はできるのになぜかできない。なぜ中学生の良い子でもできないのでしょうか。私なりに考えてみました。
　（現象をつかめない、見えない世界、知らない世界を理論的につかめない）
　中学生の良い子をみているとスマホは使いこなすし、わけのわからないアニメの世界にはついていっています。しかし、現実の見えない世界を掴めていません。
　溶解度とは溶媒１００ｇに解ける溶質の限界の量です。その限界を超えて溶質を加えると溶けずにそのままです。ここまでは良い子はわかります。しかし、それからどういうことが起こるかがわかりません。例えば水１００ｇに塩の溶解度４０ｇを溶かすことができます。水を５０ｇを蒸発させるとどうなるか。どの位の塩が溶けずに塩になるかがイメージつきません。また、温度によって、溶解度が変わります。変わることによって、どうなるかがよくわかりません。溶けるだけ溶かした水溶液の温度を下げ、水に解ける量が減ることによって、どれだけ溶けきれなかったものがわかりません。
　（グラフがよめない）
　グラフから温度と溶解度の関係が読み取れない。グラフからこの温度のときの溶解度これだよ。といえばわかってくれますが、良い子自身で想像して、こう読むかな、と予想できない。
　（割合がわからない、濃度の意味がわからない、濃度がなぜそういう式で表現するかがしっくりきていない）
　濃度は、注目している質量を全体の質量で割って１００をかけますが、どうもその意味がつかめていません。パーセントとは全体を１００として注目している量がいくつかを表しているよ、といっても、どうもわかっていない様です。良い子のみなさんは割合そのものの感覚がつかめていない状態で、計算式だけを丸暗記します。説明すれば、わかった様な顔をしますが、良い子自身ではできません。できたとしてもその問題の数字を適当に公式に当てはめているだけです。問題文に直接わかりやすく数値が書かれていない文章題では解けません。

　一つ一つの意味を理解しないで、問題の解法のテクニックを覚えて、数字を当てはめるだけです。そこで、子どもをみて、できない要因がなにかを確認しながら説明しています。理科の現象がつかめないのか、グラフがよめないのか、割合がわからないのか、確認して教えています。結果として、理科の現象だけがわからない子に教えることは簡単でした。しかし、グラフがよめなかったり、割合がわからなかった子はもともとわかろうしなかった過去の積み重ねの結果であって、一筋縄ではいかなかった。もうひと工夫必要であります。