「宇宙と地球」はこんなところ
『宇宙の旅』『地球の旅』『物質の世界(力と運動・電気と磁気・音と光)』の
3つのサブテーマで構成された展示物があります。 実演時間についてはステージをご覧ください。
月面を散歩する感覚を擬似的に体験できる装置です。
月面の重力は地球表面の約6分の1です。
体験者の体重に応じておもりの位置を変え、
シーソーのバランスを調整すると準備完了です。
アームは左右180°の範囲で自由に動き、
あたかも月面を飛び跳ねているような感覚が楽しめます。
※1回45秒間です。
※安全のため身長110cm未満
または体重20kg未満の方はご利用いただけません。
雷をはじめ、空気中での様々な放電現象を間近で観察でき、
自然の驚異や科学による現象の解明をダイナミックに演出します。
ここでは、2本の電極棒の間で炎のように揺らめいて見える
アーク放電や、ガラスの表面を火花が走る沿面放電、
大音響とともに木材が割れる雷放電が見られます。
また、映像や実験中のアナウンスによって、
放電現象や雷についての解説を行います。
※1回15分間です。
可動式のピンが差し込まれており、
一方から体をゆっくりと押し当てると
凸凹に応じて裏側へ突き出ます。
細いピンが多数(約6万本)あるために、
顔や手のわずかな凸凹がリアルに記録されます。
これはカメラやビデオの画素数が多いほど
画面がクリアであることと同じです。
「宇宙と地球」コーナーの入り口です。
幻想的な光のきらめきによって、科学の不思議と発見への期待感あふれる導入空間としています。
ライトの点滅によって、あたかも光のトンネルの中を上がり下がりするような不思議な感覚を体験できます。
映像で、宇宙の広がりを紹介したコーナーです。
宇宙のかなたから銀河系へ、そして銀河系の中の太陽系へと視点を移し、太陽系の中心である太陽から水星、金星、地球へと各惑星を順に旅します。
(約4分)
壁にはオリオン座など、数種類の有名な星雲や恒星が表されており、観察用分光器の照準を星雲や恒星に向けると、特有のスペクトルを擬似的に見ることができます。
また、5種類のガス発光管があり、簡易分光器によってそれぞれのガス特有のスペクトルを観察できます。さらに、疑似体験したスペクトルとの比較が行えます。
ボールの動きを楽しみながら星のまわりを回る衛星の運動を観察できます。
ここでは、質量の異なる2つの星のまわりを運動する衛星の動きを、モデルによって表現しています。2つのくぼみが星に、ボールが衛星に対応し、そのまわりの曲面は星による重力の作用を表したものです。真上から観察すると、ボールがスピードを変化させながら楕円軌道を描くのが見られます。
ペダルを踏むといすが回転します。このいすの回転が地球の自転にあたります。いすがおよそ365回転する間に光源の周りを1周します。これが地球の公転にあたります。
中心の光源を太陽に、小球を月に、体験者を地球に見立てたこの装置で、体験者は太陽、月、地球の位置関係を認識し、実際の月の満ち欠けや日食、月食の仕組みを理解することができます。
振り子は常に同じ方向に揺れ続ける性質を持っています。しかし、長い時間観察していると、この振り子の揺れる方向が時計回りに動いて見えます。これは、私たちを乗せた地球が回っているためです。この装置は、地球が自転していることを証明するために、フランスの物理学者フーコーが1851年に行った実験を再現したもので、「フーコーの振り子」と呼ばれます。
「フーコーの振り子」で地球の自転が証明される理由を考えることができます。
手前にある矢印付きのダイヤルを回すと、地球に見立てた地図盤とその上に固定された振り子の支持台が回転します。地図盤においてある人形を自分に置き換えると、北極点で揺れる振り子の振動方向が回転していくようすがわかります。
スナック菓子の袋が膨らんだり、しぼんだりする変化を通して大気の力を実感できます。
2つの半球容器の中にはスナック菓子がつるされ、レバーを前後に操作すると右側は容器内部の空気を加圧、左側は減圧します。容器内部を加圧すると、袋内の空気よりも外の圧力が高くなり袋がしぼみます。減圧するとその逆になります。
熱対流によって水槽の中の小球が動くようすを観察することができます。
水槽中央の電熱線で水を加熱し、左右の金属板で放熱して水を冷却します。水の温度は中央で高く、左右で低くなります。温度が高いほど水の密度は小さくなるので中央で上昇、左右で下降運動が見られます。
的当てなどの遊び体験を通して、空気が持つ不思議な力を観察できます。
装置の両面を手で強くたたくと、内部の空気が瞬間的に圧縮されて前面の穴から勢いよく飛び出し、ドーナツ状に渦巻く空気の輪が発生します。これを体に当てたり、回転する的やカーテンに当てたりして、飛び出す空気の力を実感できます。
水中での圧力の伝わり方やその作用によって、浮力について観察できます。
円筒形容器の下部に付いているポンプを押すと内部の水圧が増し、パスカルの原理によってクラゲ(浮沈子)にその圧力が伝わります。するとクラゲの中の空気が圧縮されて体積が減り、浮力が減少して沈みます。
断面積の異なる3つのポンプを押し比べてみましょう。
フィギュアスケートのスピンの原理が体験できます。
回転台に乗って支柱を持って立ち、体を支柱から離した姿勢で軽く地面を蹴って回転させます。次に、回転したまま体を支柱に近づけると回転速度が増します。この理由は角運動量保存の法則によって説明されます。
異なる材質の斜面にボールや円板などさまざまな物体を滑らせて、まさつによる運動の違いを観察できます。
後方には、乗り物や工作機械に応用されているベアリング(軸受)の歴史や種類、人間とまさつのかかわり、最新技術の一つである磁気軸受けの展示があります。
パスカルの原理によると、液体に加えた圧力はあらゆる部分に同じ大きさで伝わります。
この装置では、油が密閉された管に断面積が3:1のいすが取り付けてあります。圧力は力(重さ)を面積で割ると求まるので、いすの上に3:1の力が加わるとつり合います。装置正面の電光掲示でそれぞれのいすにはたらく力を確認できます。
斜面を転がるボールの速度の変化を、音によって聞くことができます。
斜面には等間隔にセンサーがついており、階段上の投入口からボールをころがすと、山と谷で構成された軌道を進み加速減速を繰り返します。そのたびに聞こえる音の間隔も変化し、加速度運動を音によって感じることもできます。
回転する円盤が持つ不思議な力を体感することができます。
円盤を回転させ、両手で水平に支え持っていすに腰掛けます。そして円盤をゆるやかに傾けます。するといすごと体を回転させようとする力が生まれます。傾ける方向を変えたり、大きさや重さの異なる他の円盤でためしてみましょう。
滑車のはたらきを体感できます。
外枠に固定された1つの定滑車と、ロープの上を動く3つの動滑車のはたらきによって、いすに乗っている人自身がロープを引く力で上昇します。ロープを長く引く必要がありますが、引く力は少なくてすみます。これは仕事の原理と呼ばれています。
下から吹き上げる風を操作し、ボールをリングへ入れます。その遊びを通して、空気の流れを観察できます。
吹き出し口は前後左右に傾けられ、斜めに風を送ってもボールは落ちることなく、思うところへ運ぶことができます。ボールが落ちないようすはベルヌーイの定理で説明されます。
固定ペンが描くさまざまな模様を通して、振り子運動の規則性を観察できます。
振り子台をつるしているワイヤーを工夫して、横方向の振動と縦方向の振動の周期が異なるようにしてあります。そのため、振り子台の初めの位置や動きによって特有の模様を描きます。この図形はリサジュー曲線と呼ばれます。
自力でペダルをふんで進めるゲームを通して、力によって電気エネルギーが発生することや、季節による1日の電力需要の変化を知ることができます。
発電量を競うゲームと、1日の電力需要を表したグラフに沿って発電するゲームがあります。各ゲームとも体力に応じてコースを選べます。
電磁石の上に置かれたアルミニウム製の物体が回転するようすから、電磁気の不思議なはたらきを観察できます。
ガラス皿の下の電磁石から規則的に回転する磁界が発生しており、電磁誘導によってアルミニウムに渦電流が生じて磁界から力を受けます。左側の卵形の物体は、立ち上がって回転します。また、右側にはいろいろな形の物体を置くことができ、回転のようすを比較できます。
アルミニウム製のリングを中央の筒に入れてボタンを押すと、バネなどの細工なしにリングが飛び出します。これは、スイッチを入れた瞬間にリングの周りの電磁石へ交流電流が流れて変化する磁界ができ、リングに新しく電流が発生して磁界と反発する力が生まれるためです。
指先や手のひら、片手や両手など触れ方を変えると発光もさまざまに変化します。
これは、触れ方によって、電子を発生させている容器の中心部分とガラス容器に触れた場所の電位差が変化して、発光の原因である電子の進路が変わるためです。
電気エネルギーの基礎について、ゲームを通して学ぶことができます。
ここでは、四国や家庭の電力事情をクイズ形式で学べる「電気Q&A迷路」、発電所などをパズルで完成させる「電気ジグソーパズル」、発電所から変電所を経て町までの送電線をつなげる「電線接続ゲーム」の3種類が楽しめます。
巨大な電磁石の磁力を体験できます。
スタートボタンを押すと中央の磁極が下降した後、電源が入って磁力が発生します。上下のボタンを操作すると磁極が上下し、金属ピースをさまざまに引きつけ、強力な磁力を確認することができます。一定時間が経過すると電源が切れて金属ピースが落下します。
大型のU字型磁石に様々な試料を近づけることで、磁石に付くかどうかの違いや磁力線の様子を観察できます。
磁石に対して、銅やアルミニウムは引きつけられず、鉄やニッケルは引きつけられます。また、周囲の磁力線のようすが立体的に観察できるサンプルもあります。
オシロスコープで音の波形を観察できます。
横波と呼ばれる弦や膜の波動に比べ、日常生活では音を波として意識することは少ないですが、音は密度の小さい所(疎)と大きい所(密)が交互に伝わる縦波です。ここでは、マイクで疎密を電気信号に変えて横波の形に直しています。
音が光と同じように屈折して焦点に集まるようすを観察できます。
大きな風船には二酸化炭素が入れてあり、周りの空気と屈折率が異なるため,光に対するガラスのレンズのように音を集めるはたらきをします。風船をはさんで同じ距離に向かい合って立ち、小声で話す声が大きく聞こえる位置を探して、レンズの効果を確認できます。
振動板の上の砂が特有の模様を描くことを観察して、その物体が特有の振動を示すことを確認できます。
振動板の上に砂を少しまいて、松ヤニを付けた弦で板の縁をゆっくりと擦って音を出します。板の上には振動する所(腹)と振動しない所(節)が規則正しく現れ、砂は節に集まるために振動が砂の模様として観察できます。板の形や材質、弓の弾き方によって特有の模様ができます。
鍋の水の跳ね上がりを通して。共振現象を観察できます。
取っ手のついた中華鍋(古銅魚洗)に水を張り、濡れた両手で取っ手を繰り返し擦ると音が発生するとともに鍋が振動し、水の表面が大きく波立って水滴が跳ね上がります。これは手のひらと取っ手の間の摩擦で発生した振動が鍋へ伝わり、徐々に鍋の振動が大きくなったもので、共振と呼ばれる現象の一つです。
ハーフミラーの利用を通して、光の強弱による透過と反射の仕組みを学べます。
ハーフミラーは2枚のガラスで薄い金属膜をはさんだもので,裏側が暗いときは鏡に、明るいときは透明になります。手前の蛇口を回すと裏側の照明がつき、奥のガイコツが自分の顔に解け合います。また、裏側に入ることもでき、ガイコツの代わりに自分を相手の顔に解け合わせることもできます。
プリズムやレンズを操作して制限時間内に光をゴールまで導くゲームを通して、光の反射や屈折を体験できます。
スタートボタンを押すとレーザー光が発射され、残りの時間のカウントが始まります。グリップを操作すると鏡やプリズム、レンズの向きが変わり、光の進路を調節できます。時間内に光がゴールに届くとフラッシュライトが光ります。
赤、緑、青の3色に発光するダイオードを並べて配置してあり、光の3原色と混色作用を観察できます。
色ごとにボタンがあり、指定した2色を混ぜたとき、3色すべてを混ぜたときの比較ができます。赤、緑、青の3色は光の3原色と呼ばれ、これらを同じ割合で混ぜると白になります。「絵の具のパレット」と比べて違いを理解することができます。
赤、黄、青の3色の円板を回転させて重ねることで、絵の具の3原色と混合作用を観察できます。裏から白色光で明るく照らされた円板どうしを重ねると、絵の具を混ぜたときとよく似た色が見られます。「光のパレット」とは異なり、混ぜるごとに黒に近づきます。光の混合は加法混合と呼ばれるのに対し、絵の具では減法混合と言われます。
蓄光シートに自分の影を映して見ることができる装置です。
蓄光シートは時計の文字盤などに利用されており、照らす光がなくなってもしばらく弱い光を発するものです。室内に入るとセンサーがはたらき、カウントダウンの後にフラッシュライトが光り、シート上にしばらく人影が残ります。
行灯のプレートには無色透明のセロハンで絵を描いていますが、そのままでは色がついていません。その絵を偏光板を通して観察すると、赤や青などに色がついて絵柄が見えます。また、偏光板を回転させると色や明暗が変化します。一般に、光はさまざまな振動方向を持っていますが、偏光板はある1つの振動方向を持つ光だけを通すはたらきがあります。複数の偏光板を回転させてこのはたらきを楽しめます。