カテゴリー「物理」の48件の記事

2013年3月 3日 (日)

元素記号マグカップ

何か面白いマグカップがないかなと思って探していたら、元素記号が表示されたマグカップを見つけました。原子番号、元素名、元素記号が表示されています。周期表のネクタイをもっているのですが、これも、なかなか面白いです。

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商品の説明

お茶を飲んでいるだけなのになんだか頭が賢くなるマグカップ。元素記号名とイラストがデザインされています。元素記号名が覚えられるマグカップ。容量も大きめなので、お茶を飲みながらゆっくりお勉強が出来ます。お子様のお勉強にも、雑学がお好きな方にオススメするマグカップです。また、可愛いパッケージ付きなので、パーソナルギフトとしても最適です。【特 長】◆使っているだけでお勉強が出来てしまいます。◆プレゼントとしても最適です。◆電子レンジ・食洗器対応。

 

製品概要・仕様

  • メーカー型番:DM2578
  • サイズ:81×81×H89mm
  • 本体重量:260 g
  • 素材・材質:ニューボン
  • 原産国:日本

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2012年8月 2日 (木)

水に溶ける金属のスプーン

金属のスプーンを水に入れただけで、スプーンが溶けていきます。

実はこのスプーン、ステンレス製ではなくて、半導体などに使われる原子番号31のガリウムという金属でできています。ガリウムは金属ですが融点が29.8℃ですが、沸点は2000℃を超えています。

ガリウムで作ったスプーンを水に入れると、ご覧の通りです。

Melting Gallium Spoon

溶けた状態のガリウムを型に入れると好きな形にできます。スプーンもこのように作ったものです。

Creating a gallium spoon with DIY kit

このスプーンの実験キット、米国で販売されているようです。

最初は冷たい水に入れておいて、温めていくと金属のスプーンが溶けるなどの演示も面白いと思います。

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2012年2月 7日 (火)

A is for ATOM

 1952年にアメリカの電力会社ゼネラル・エレクトリック(GE)社が原子力発電推進のために製作した広報映像です。A is for ATOMは、すべては原子力から始まるという意味です。

A Is For Atom (1952)

 映像は原子爆弾のキノコ雲から始まり、原子の時代が始まったと。そして、またキノコ雲が出てきて、この力を理解する時が来たと。キノコ雲が原子力がみなぎる巨人になります。

 そして、物質が原子からできていること、ドクター・アトムによる原子の構造の説明が始まり、やがて核分裂の説明となります。

 そして、巨人が世界中に送電線を張り巡らせていくという展開になっています。

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2012年1月24日 (火)

磁石に引きつけられる金属

 磁石につくものと言えば、すぐに金属を思い浮かべると思います。

 しかしながら、すべての金属が磁石に引き寄せられるわけではありません。現在、日本で使われている硬貨で試してみると、すべての硬貨が磁石につきません。

 実は磁石につく金属は鉄・コバルト・ニッケルの3種類しかありません。金属が磁石につくかどうかは、原子のもっている電子の状態で決まります。

 電子は自転しているため、まわりに磁界を作ります。そのため、物質の中に小さな磁石がたくさんあるような状態になっています。普通の物質は、この小さな磁石がバラバラの方向を向いているので、全体としては相殺されて磁石の性質をもちません。

 鉄・コバルト・ニッケル、ある種の合金や金属化合物は、磁石を近づけると、物質中の小さな磁石の向きがそろいます。そのため、磁石に引き付けられるのです。

Image5

 ところで、ゴムやプラスチックの磁石を見たことがある人は多いと思います。これらの磁石はゴムやプラスチックにフェライト磁石やネオジム磁石などの磁性粉体を練り込んだものです。このような磁石をボンド磁石と呼びます。最近では高分子材料そのものに磁性を持たせたる研究も進んでいます。磁石の仕組みが解明できたのだから、プラスチック磁石も作れるはずだという試みです。

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2011年11月18日 (金)

全身を映すために必要な鏡の大きさ

全身を映すために必要な鏡の大きさ

http://optica.cocolog-nifty.com/blog/2009/12/post-68bc.html

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2011年10月13日 (木)

背理法か悪魔の証明か 存在しないことを証明する

何かが「存在する」ことを証明するのは容易ですが、「存在しない」ことを証明するのは容易なことではありません。

例えば、部屋が100個ある家があるとします。『この家に人は存在しない』ことを証明する方法として、部屋をひとつずつ訪問する手法を採用するとします。

100個の部屋をひとつずつ訪れて、どこかの部屋に人がいることを確認できたら、直ちに『この家に人は存在する』ことは証明できたことになります。

しかし、『この家に人は存在しない』ことを証明するためには、100個の部屋をひとつずつ訪れて、すべての部屋に人が「存在しない」ことを確認しなければなりません。部屋の数が100個程度では何とかなるでしょう。しかし、部屋の数が1000個、10000個と増えていくと、『この家に人は存在しない』を証明するのは難しくなってきます。もし、部屋が無限にあるとしたら、証明はほとんど不可能になるでしょう。

そこで、『この家に人は存在しない』という命題を証明するにあたって、『この家に人は存在する』という元の命題の否定を仮定します。

そして、『この家に人が存在する』ということに対する矛盾を見つけることができれば、矛盾が生じたのは『この家に人が存在する』と仮定したためであり、結論として『この家に人は存在しない』という命題を証明できたことになります。

このように、ある命題を証明するために,その命題の否定を仮定することにより、矛盾が導かれることを示すことによって、もとの命題が成立すると結論づける方法を背理法といいます。

ところで、実際のところ、この命題『この家に人は存在しない』は背理法で証明できるのだろうか・・・

『この家に人は存在する』ことに対する矛盾を見つけることができれば良いのですが、何も条件がなければ、矛盾は見つけられません。

となること、これは悪魔の証明になってしまうのでしょうか?

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2011年10月 9日 (日)

ミレトス学派のタレス 万物の根源は何か

 古代の人々にとって、身の回りのものが何からできているのか、この世界がどのようにできあがっているのかという疑問に対する答えは、世界中に神々による天地創造の神話がたくさんあることからわかるように、神々の存在だったでしょう。しかしながら、神々による天地創造のような説明は、地域や文化によって内容や解釈が変わるものであり、普遍的な真理ではありませんでした。

 紀元前6世紀頃、現在のトルコの南西部に存在したイオニアにミレトスという古代ギリシャの植民都市が栄えていました。当時、ミレトスは地中海交易の拠点都市であり、様々な国から多くの人が訪れ、異文化交流が自然のうちに進みました。異文化交流が進むと、これまで人々が信じていた世界観や価値観が崩れ、多様化し、混乱しました。古代ギリシャの人々にとっては、彼らがそれまで信じていたオリンポスの神話が崩れていくことになりました。そのような中で、普遍的な原理の追求が行われるようになり、ここでミレトス学派という哲学者たちの活動が始まりました。これが哲学の始まりとなりました。

 ミレトス学派の哲学者のタレスは、身の回りのものが何からできているのかを考えました。そして、タレスは万物の根源は水であり、私たちの身の回りに存在するすべてのものは水が姿を変えたものであると考えました。すべてのものは水から生まれ、そして滅ぶと水に返っていくと考えました。タレスが水を万物の根源を水と考えたのは、生命が水を必要としたからだと考えられています。

 タレスの弟子のアナクシマンドロスは、万物の根源のことをアルケーと名付けました。そして、彼はアルケーは水のような実体的な物質であるはずがないと考えました。実体として存在する水が何からできているのかを説明する必要があると考えたからです。彼はアルケーは無限なもの(ト・アペイロン)であると唱えました。ト・アペイロンは変化することなく、常に新しい物質を生みだし続けるものです。そのアナクシマンドロスの弟子のアナクシメネスはアルケーは空気(息)であると唱えました。

 タレスを始めとするミレトス派の哲学者が自然科学に与えた重要なことは「万物の根源は何か」という問いそのものを導き出したことに他なりません。彼らは、物質の成り立ちについて、誰にでも合理的に説明することが可能な原理は何かという視点で答えを求めたのです。

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2011年10月 5日 (水)

ノーベル物理学賞は宇宙膨張の加速の観測に アインシュタインの宇宙項やダークエネルギーまで

2011年のノーベル物理学賞は、米カリフォルニア大バークレー校のソール・パールマッター教授(52)、オーストラリア国立大のブライアン・シュミット特別教授(44)、米ジョンズ・ホプキンス大のアダム・リース教授(41)が受賞しました。

受賞の理由は「遠方の超新星観測を通した宇宙膨張加速の発見」です。

宇宙の膨張は1929年に米国の天文学者エドウィン・パウエル・ハッブルが発見しました。ハッブルは宇宙には我々の銀河系の他にも銀河があることを発見、遠方の銀河からやってくる光の赤方偏移を調べることによって、距離が遠い銀河ほど大きな速度で地球から遠ざかっていることを見つけ、宇宙が膨張していることを突き止めました。

宇宙の膨張は今から137臆年前のビッグバンから始まったと考えられていますが、従来の理論では、宇宙の膨張速度は重力によって次第に減速すると考えられていました。

ところが、今回ノーベル物理学賞を受賞した3人の科学者が、明るさがわかっている複数の超新星からやってくる光を観測したところ、理論的な予想に反して、宇宙の膨張速度が加速していることがわかりました。彼らは1998年にこのことを論文にまとめました。

この膨張の加速は宇宙全体に存在するエネルギーの2/3をしめるダークエネルギーによるものと考えられていますが、その正体は未だよくわかっていません。

アインシュタインが一般相対性理論を発表した当時、宇宙の大きさは変わらないと考えられていました。そこで、彼の方程式には宇宙項と呼ばれる宇宙が静止することを意味する項が導入されていました。しかし、ハッブルによって、宇宙の膨張が発見されたことで、アインシュタインは宇宙項を方程式から外しました。

宇宙が加速的に膨張しているということは、宇宙の膨張率が一定ではないということです。そこで、宇宙項がダークエネルギーの効果を示すものではないかと考えられるようになり再び注目を受けています。

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2011年9月24日 (土)

ニュートリノが光速を超えた?

ニュートリノの速さが光速を超えたというニュースが流れています。

この実験は欧州合同原子核研究所(CERN)のOPERAと呼ばれる実験プロジェクトで行われました。スイスのジュネーブ近郊の研究所から約730キロ離れたイタリアのグランサッソ研究所にニュートリノ線を発射したところ、ニュートリノが光より60ナノ秒(1億分の6秒)速く到着したことを観測したそうです。

CERNは、この実験結果について、3年間にわたり、1万5000回の実験で確かめられたものであり、測定結果については慎重に扱うべきだが測定機器の誤差とは考えにくいと説明しています。

物理学において、素粒子の間に働く相互作用を基本相互作用と呼びます。基本相互作用には、強い相互作用(強い力、原子核内の陽子と中性子を結びつける力、強い核力)、弱い相互作用(弱い力、素粒子間に働く力:弱い核力)、電磁相互作用(電磁気力、電場や磁場から電荷が受ける力)、重力相互作用(重力、素粒子間に働く重力)があります。

ニュートリノは質量をもち電荷を持たない素粒子です。そのため、電磁相互作用をせず、また、強い相互作用をしません。質量が極めて小さいため、重力相互作用はほとんどしません。弱い相互作用はしますが、他の素粒子とはわずかにしか相互作用しません。

このような性質をもつため、ニュートリノは現存する物質を構成する粒子にはなり得ません。また、物体の透過性が極めて高く、例えば、地球などの天体も通り抜けてしまいますが、ごくまれに他の素粒子と相互作用します。

このため、ニュートリノと光の伝達には違いがあります。

たとえば、太陽では内部で核融合反応が起きています。太陽の中心で生まれた光は物質が密につまった太陽の内部を通って太陽の表面から出てきます。この過程で光は太陽内部に存在するたくさんの電子と相互作用しますが、電子は光を吸収したり、再放出したりします。たくさんの電子が光の吸収・再放出を繰り返しながら、光を太陽の中心から表面の方へ受け渡していきますが、電子が光子を放出する方向はバラバラなため、光はあっちへ行ったり、こっちへ来たりという感じで太陽内部を進みます。そのため、太陽の中心で生まれた光が太陽の表面から出て来るまでには数百年万年から一千万年ぐらいかかります。

これに対して、ニュートリノは他の物質と相互作用しないので太陽の内部から、光のような長時間を要することなく真っ直ぐに飛び出してきます。

ニュートリノは他の物質と相互作用ぜすに直進するため、光よりも発生源が簡単にわかります。また、やってくる間に外部から影響を受けませんので、発生源から出たものが、そのまま伝わってきます。ニュートリノを使って天体などの発生源を「見る」と、ニュートリノ発生源の素の情報が得られることになります。

なんだか、このような話を聞いただけで、ニュートリノは光も速そうな気がします。しかし、真空中を透過する速さに関しては、やはり質量があるかどうかが重要なポイントになってくるのだろうと思います。

アインシュタインの相対性理論によれば、物体を加速したとき、物体が光速に近づくにつれて、物体が加速されにくくなり、物体の速さは光速を超えることはできません。

もちろん、このときの荷電粒子の運動は、私たちが普段よく知っている質量をもった物体の運動とまったく同じに扱うことはできないのですが、サイクロトロンで、質量をもった荷電粒子を加速すると、質量が大きくなり、加速されにくくなるという実験結果はあります。

ニュートリノは電荷をもたない素粒子ですが、質量をもっています。質量があるのですから、速さが光速に近づけば加速されにくくなるはずです。

実際にはニュートリノの速さは光の速さとほとんど同じであるという実験事実があります。1987年に小柴先生が検出したニュートリノは超新星爆発によって発生したものですが、このとき、超新星爆発で生じた光もほぼ同時に検出されたという事実があります。もし、ニュートリノが光よりも速いならば、このときニュートリノは光より先に観測されたはずです。

ただ、このことは質量をもつニュートリノの速さが光速と同じということを意味しています。光速を超える以前に光速に近づくことができているわけですが、厳密には同じにはならず、光速の99.9xxx%みたいになるだろうと思います。

仮にニュートリノが光速を超えたということになると、相対性理論が覆ることになります。時間や空間の概念も変わります。そのようなニュースが横行していますが、本当にニュートリノの速さが光速より速いのかについては疑問です。多くの科学者が実験を重ねるでしょから、そのうち事実が突き止められるだろうと思います。

光速の値が間違っていたが、本当の値を観測するこができていなかったということだったりすると、これまたすごいことになりそうです。量子論でいうところの真空がちょっと気になります。

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2011年6月14日 (火)

ペットボトルロケットの仕組み

 ペットボトルで作った水ロケットは水と空気だけで100m以上も飛んでいきます。水ロケットは図1のようにロケットの先端、水と空気が入る圧力タンク、羽、噴射口からなります。ペットボトルの胴体が,空気と水を入れるタンクになっています。圧力タンクの部分に水を入れて、自転車の空気入れで噴射口から空気を入れていきます。噴射口の栓が抜けると、水ロケットは勢いよく水を噴きだして飛んでいきます。どうして水と空気だけであんなに遠くまで飛ぶことができるのでしょうか。

 図2のように空の注射器の先に栓をして、ピストンをおしていくとどうなるでしょうか。ピストンをおすと注射器の中の空気がおし縮めらます。さらにピストンをおしていくと、空気もさらにおし縮められますが、同時にピストンをおす力を強くしていかなければなりません。これはおし縮められた空気がピストンをおし返しているからです。そのためピストンから手を離すとピストンは元に戻ります。このように容器に閉じ込められた空気はおされると体積が小さくなりますが、もとの体積に戻ろうとする性質があります。

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 水ロケットの場合は、ピストンでおすかわりに、空気入れで圧力タンクに空気を送り込みます。圧力タンクには空気の逃げ道がありませんから、タンクの中の空気はおし縮められていき、次々と新しい空気が詰め込まれて行きます。

 おし縮められた空気はもとの体積に戻ろうとする力を蓄えていきます。そして、噴射口の栓を抜くと、おし縮められていた空気がいっきにもとの体積に戻ります。このとき空気がタンクの中の水を勢いよくおし出すのです。

 壁を手でおしたときに手がおし返されるように、何かに力をかけると力をかけた方もその分の力を受けます。これを作用・反作用の法則といいます。

 水ロケットの場合は、噴き出る水の力が水ロケットを飛ばす力になります。水がなくなると圧し縮められた空気が噴き出しますが、これも水ロケットを飛ばす力になります。

 それでは圧力タンクに水をたくさん入れたらもっと飛ぶようになるでしょうか。水は容器に閉じ込めておしても、それほどおし縮めることはできません。ですから、水を入れすぎると、おし縮めることのできる空気の量が減り、水ロケットはあまり飛ばなくなります。

 実は水ロケットが飛ぶしくみは本物のロケットと同じです。本物のロケットは燃料ガスを噴き出しますが、何かを噴射して飛ぶという点では水ロケットも本物のロケットも同じなのです。

 水ロケットの実験を行う場合には、ペットボトルは炭酸飲料に用いられているものを使用します。炭酸飲料用ではないペットボトルは耐圧性がないので破裂する危険があります。

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