カテゴリー「身近なものの仕組み」の58件の記事

2022年9月 2日 (金)

図解入門よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき[第4版]

図解入門よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき[第4版]

秀和システム 桑嶋幹・木原伸浩・工藤保広

 久しぶりに書籍の紹介です。この本は書籍としては新刊ですが、初版2005年7月、第2版2011年9月、第3版2019年9月と内容が更新され続けています。今回出版されたのは第4版です。

 ここ数年でプラスチックを取り巻く環境は大きく変化しています。プラスチックの自然環境や資源問題への影響が注目され、新たな法整備も進みました。

 この本はプラスチックの基礎(第1章)・合成(第2章)・用途(第3章、第4章)・新技術(第5章)・環境問題(第6章)について最新の情報が網羅されている入門書です。プラスチックの合成方法の解説では難しい化学式を使わずに様々な重合を解説しています。プラスチックの利用や環境問題に関わる統計データも最新のものに更新されています。

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 私たちの身の回りには、日用品や家電品、自動車や飛行機などプラスチックが使われているものがたくさんあります。ところがプラスチックをどうやって作るのかなどその詳細は、あまり知られていません。本書は、プラスチック(合成樹脂)の種類や特性、用途などをやさしく解説した入門書の第4版です。新しく施行された「プラスチック資源循環促進法」やSDGsに対応した、新しい生産・分解技術についての解説を追加しました。


目次

はじめに

第1章 プラスチックとは何か

1-01 プラスチックを探してみよう
1-02 そもそもプラスチックとは
1-03 人類とプラスチックの関わり合い
1-04 プラスチックの発展(合成樹脂の利用)
1-05 プラスチックはどのような物質か
1-06 プラスチックの種類と性質
1-07 プラスチックの見分け方(用途や品質表示)
1-08 プラスチックの見分け方(化学分析)
1-09 広がるプラスチックの利用

第2章プラスチックができるまで

2-01 プラスチックのもと(モノマーとポリマー)
2-02 手をつなぎ変えながら伸びていく重合(付加重合) 
2-03 手をつないで伸びていく重合(縮合重合)
2-04 どうすれば長くなるか
2-05 プラスチックの性質を決める(分子間相互作用の重要性)
2-06 2種類以上のモノマーやポリマーを使う(共重合とポリマーアロイ)
2-07 プラスチックに形を与える(成型)
2-08 熱による成型方法いろいろ
2-09 融けないプラスチックを作る(架橋)
2-10 ゴムとエラストマー
2-11 樹脂
2-12 プラスチックの大部分はプラスチックではない!
2-13 発泡体

第3章 私たちの暮らしとプラスチック

3-01 家庭用品には汎用樹脂が活躍
3-02 文具では用途に合わせて様々な素材が活躍
3-03 家電製品はメンテナンスが少なくてすむ素材が活躍
3-04 包装はプラスチックの最も大きな利用先 
3-05 衣料には適度な強度と肌触りが大事(合成繊維)
3-06 軽くて高機能なメガネ、コンタクトレンズ
3-07 錆びない材料で維持しやすい住居
3-08 スポーツ、レジャーでは軽くて強い素材が活躍
3-09 子どもが安心して遊べる素材を
3-10 携帯電話、スマホ、タブレットにもプラスチックを幅広く活用

第4章 産業で活躍するプラスチック

4-01 自動車では内装からエンジンルームまで幅広く使用
4-02 鉄道車両とプラスチック
4-03 駆体は鋼板から繊維強化プラスチックへ(船舶、航空機)
4-04 スポーツ施設で活躍するプラスチック
4-05 実は軽くて強い発泡スチロール(土木) 
4-06 季節に関わらず様々な食材を得るために(農業、水産業)
4-07 風雨などから素材を守る(塗料)
4-08 飛行機の構造材から付箋紙まで様々なものを結ぶ(接着剤)
4-09 自然エネルギー利用で活躍するプラスチック(風力発電、太陽光発電)
4-10 電子回路を使用した製品で活躍するプラスチック
4-11 医療用器具で幅広く使用されるプラスチック

第5章 進化するプラスチック

5-01 光とプラスチック(透明性と光応答性)
5-02 音とプラスチック(防音と発音)
5-03 包装を変えたプラスチック(食品はもう腐らない)
5-04 医療を変えたプラスチック(衛生と生体適合性)
5-05 微生物や光で分解するプラスチック(分解性材料)
5-06 プラスチックによる構造材料(強力なだけではなく)
5-07 電気と磁気とエネルギーとプラスチック
5-08 薄皮 1 枚で分ける(膜分離)
5-09 プラスチックを印刷する(3D プリンター)

第6章 プラスチックの課題と私たちの生活

6-01 プラスチックがもたらすもの
6-02 プラスチックの安全性
6-03 プラスチックと資源問題
6-04 プラスチックと環境問題
6-05 プラスチックとごみ問題
6-06 プラスチックのリサイクル
6-07 容器包装リサイクル法とは
6-08 ペットボトルのリサイクル
6-09 科学と技術でプラスチックの課題を解決することができるか 
6-10 持続可能な社会とは
6-11 心豊かで快適な暮らしを続けるために

索引 
参考文献

コラム

・目的によって作り出される複合材料
・高分子の概念を提唱したヘルマン・シュタウディンガー
・レゾール型とノボラック型のフェノール樹脂
・赤外分光法 
・超高分子量ポリエチレンとゲル紡糸法
・ポリマーアロイがもたらしたエンジニアリングプラスチック、PPE
・アクリルとは
・架橋と紙おむつ
・フッ素樹脂で加工した調理器具
・プラスチックと金属の表面の違い
・不織布マスクにもプラスチックが活用されています
・プラスチックボディの車?旧東ドイツのトラバント 
・接着剤による接着の仕組み
・太陽電池(PN 接合型太陽電池と色素増感太陽電池)
・高分子圧電材料
・プラスチックによる電線の被覆
・インテリジェント材料
・レジ袋に使われている原油の量
・洗濯バサミがバラバラに崩れる理由は?
・二酸化炭素からプラスチックの合成
・ゴミ収集車
・有害廃棄物の国境を越える移動及びその処分の規制に関するバーゼル条約 
・生分解性プラスチックは環境にやさしいと言えるか? 

出版社 :秀和システム; 第4版 (2022/8/31)
発売日 :2022/8/31
言語  :日本語
単行本 :318ページ
ISBN-10:4798068292
ISBN-13:978-4798068299
寸法  :14.8 x 2.3 x 21 cm

図解入門よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき[第4版]

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2022年8月12日 (金)

【おもしろ映像】ビー玉の作り方

 ビー玉はもともと清涼飲料水のラムネの瓶に栓の役割で入れられていたガラス玉が子どもたちの遊び道具となったものです。当時の子どもたちはラムネの瓶からビー玉を取り出すため瓶を集めては割っていました。

ラムネの瓶のビー玉
ラムネの瓶のビー玉

 自分が子どもの頃にもラムネ瓶のビー玉を集めたこともありますが既に駄菓子屋さんで玩具専用のビー玉が売っていました。透明な緑色のものが一般的でしたが無色透明なもの、色がついたもの、マーブル模様のものがありました。マーブル模様のものはいったい中にどのようにして色をつけているのか不思議に思ったものです。

ビー玉
ビー玉

 ビー玉は高温で溶かしたガラス棒を小さく切って作ります。 小さく切られたガラスはらせん状の溝の上の転がりながら丸くなっていきます。内部がマーブル模様のビー玉は透明なガラスの中に色ガラスを入れて作ります。

 次の影像はビー玉の作り方を解説したものです。解説は英語ですが映像を見ていればどのようにビー玉ができるのかがわかります。マーブル模様は作り方は後半に出てきます。

How It's Made - Marbles

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2022年7月28日 (木)

ジャガイモで食中毒の原因

 先日、小学校で育てたジャガイモを食べたら子どもたちが食中毒になったという事件がありました。ジャガイモの食中毒はめずらしいことではなく時々発生しています。

 ジャガイモは土の中から掘り出すので根だと思いがちですがジャガイモの表面をよく見るとところどころに窪みがあります。ジャガイモを放置しておくとこの窪みからは葉や根が出てきます。植物の体で葉や根をつけていのは茎です。ジャガイモは茎の地下部分(地下茎)が膨らんだものです。ただし、すべてのイモが地下茎というわけではありません。たとえばサツマイモは根です。

ジャガイモ
ジャガイモ

 ジャガイモの実は茎ですから光が当たると光合成が始まります。たくさんの葉緑素が作られるためジャガイモの表面が緑色になり発芽します。このときジャガイモの表面にソラニンやチャコニン(カコニン)という毒を作ります。この毒は100℃の熱で分解されませんから茹でて食べると食中毒になります。

 ジャガイモは収穫後は数ヶ月間は生長しません。この期間を休眠期間と言い、たとえ環境が発芽に条件になってもジャガイモは発芽しません。ですから青果店やスーパーマケットに並んでいるジャガイモは常温でしばらく置かれていても緑化も発芽もしないのです。

 休眠期間を過ぎたジャガイモは気温が3℃を超えると日の当たらない暗室でも発芽します。ですから買ってきたジャガイモを数ヶ月も冷蔵庫に入れたままにしたり、棚の中にしまったままにしたりすると発芽します。

 緑化して発芽したジャガイモは表皮を深く削り取り、芽も深くえぐり取れば食べることはできます。毒があるのは緑化した表面と芽だけです。ジャガイモの中心部にはほとんど毒はありません。ジャガイモが表面だけに毒を作るのは外的から身を守るためと考えられています。

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2022年7月24日 (日)

飛行機雲はどうしてできるのか?

 澄み切った青空を突き抜けていく飛行機雲。まるで飛行機が白い煙を吐き出しながら飛んでいるようですが、飛行機雲は空に浮かぶ雲と同じものです。どうして飛行機が飛んだ跡に雲が現れるのでしょうか。

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飛行機雲

 飛行機雲ができるしくみを考える前に空に雲ができる理由を考えてみましょう。空に浮かぶ雲の正体は細かい水や氷の粒です。それらはもともと地上や海上で蒸発した水、水蒸気です。

 空気は暖かいほどたくさんの水蒸気を含むことができますが暖かい空気は軽いので上空へと昇っていきます。気温は高さが100メートル上がるごとに1 ℃づつ低くなります。上空へ昇る空気はどんどん冷やされます。冷蔵庫に霜ができるのと同じように、空気に含まれていた水蒸気は水蒸気の形ではいられなくなり、細かい水や氷の粒になります。これが雲の正体です。

空に立ち上る雲<
空に立ち上る雲

 飛行機雲は雲がひとつもない空でも飛行機が飛んだだけでできます。空に雲がないということとは、上空の空気に含まれた水蒸気が水蒸気の形でいられるということです。飛行機雲が空に浮かぶ雲と同じなら、飛行機雲も細かい水や氷の粒でできているはずです。空に雲がないのにどうして飛行機が飛んだ跡に雲ができるのでしょうか。

 飛行機雲を良く観察してみると、飛行機雲が飛行機の主翼のエンジンから出ているのが分かります。エンジンから出る排気ガスには水蒸気が含まれています。飛行機が飛ぶのは高度1万メートルの高さですが、その気温は真夏でもマイナス60 ℃ぐらいになります。飛行機のエンジンから出た排気ガスはあっという間に冷やされて、排気ガス中の水蒸気は細かい水や氷の粒になります。これが飛行機雲として見えるのです。

 このため飛行機雲はエンジンの本数だけできることになります。ですから、エンジンが2基の飛行機は次の写真のように飛行機雲が2本できます。

エンジン2基の飛行機の飛行機雲
エンジン2基の飛行機の飛行機雲

 エンジンが4基の飛行機は飛行機雲が4本できます。

エンジン2基の飛行機の飛行機雲
エンジン4基の飛行機の飛行機雲 

 ところで、飛行機雲を出していない飛行機が飛んでいるのを見たこともあるでしょう。

飛行機雲を出していない飛行機
飛行機雲を出していない飛行機

 飛行機雲が生じないということは、飛行機の排気ガスに含まれている水蒸気が、水や氷の粒にならずに、水蒸気のままで空気中に存在できるということです。どのようなときに、そのような状態になるかというと、上空の空気に含まれる水蒸気の量が少ないときです。逆に、飛行機雲がなかなか消えないときは、上空の空気に水蒸気がたくさん含まれていて、飛行機雲の水や氷の粒がそのまま残っている状態です。

 飛行機雲がすぐに消える場合には快晴の日が続き、飛行機雲がなかなか消えない場合は天気が崩れる可能性があります。

 アクロバット飛行機が飛行機雲を吐き出しながら飛んでいるところを見たことがあると思います。この飛行機雲は上述の「雲」ではなく、油をエンジンの排気熱を利用して気化した油が上空で冷やされて白い煙となったものです。ですから、これはスモークで飛行機雲ではないのですが、広義で飛行機雲と呼ばれています。人為的に作っているため、飛行機雲を出したり、止めたりすることができるのです。また、油に染料を混ぜると色のついた飛行機雲を作ることができます。

 次の写真は1964年の東京オリンピックの開会式で航空自衛隊のブルーインパルスが飛行機雲で作った五輪のマークです。

ブルーインパルスによる五輪マーク(1964年東京オリンピック開会式)AIカラー
ブルーインパルスによる五輪マーク(1964年東京オリンピック開会式)

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2022年6月27日 (月)

真鯉の群れに紅一点の緋鯉を発見

 大雨の後、川の水がずいぶん透明になりました。川の中を真鯉の群れが泳いでいるのが見えました。

真鯉(マゴイ)の群れ
真鯉(マゴイ)の群れ

 たくさんのコイが泳いでいくのを見ていたら群れの中に紅一点、緋鯉が現れました。

緋鯉(ヒゴイ)
緋鯉(ヒゴイ)

 緋鯉(ヒゴイ)は真鯉(マゴイ)が突然変異したものですがコイとしての違いはあるのでしょうか。また、どうして色が赤いのでしょうか。下記の【関連記事】にまとめられています。

【関連記事】

真鯉と緋鯉の違い|緋鯉(ヒゴイ)が赤い理由

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2022年6月15日 (水)

わずか2分の日没ショー

 空が真っ赤に染まって太陽が沈んでいきます。日中はずっと空で輝いている太陽ですが日没はほんのわずかな時間の出来事であっという間に沈んでしまいます。

 なぜなら地球の自転は1日24時間でひと回り。360度/24時間=360度/1440分間だから0.25度/1分です。つまり4分間で1度移動するということです。

 太陽は見かけの直径が0.5度ですから太陽の下側が地平線や水平線にかかってからわずか2分間で姿を消してしまうのです。その2分間の日没ショーを捉えたのが次の写真です。

山の稜線に沈む太陽
山の稜線に沈む太陽

 たった2分の日没ショーですが見えている太陽は現在のものではありません。光の速度は秒速30万キロメートルというもの凄い速さですが太陽から地球までは約1億5千万キロメートルも離れています。太陽を出た光は8分19秒かけて地球にやってくるのです。ですから、たった今見ている太陽は8分19秒以上前のものです。

 なぜ「以上」なのかと言うと光が地球の大気で屈折して見かけの位置が本来の位置とずれて浮き上がって見えるからです。これを大気差といいます。天頂に見える天体は大気差は生じないのですが、地平線近くに見える天体は約0.6度位置がずれて見えます。つまり沈んでいくように見える太陽は2分以上前に沈んでいることになるのです。これは見かけの直径が太陽と同じ0.5度である月も同じです。

 ところで月から太陽を観察した場合はどうなるでしょう。月は空気がありませんから大気差は生じません。月と地球の距離は約38万4千キロメートルですから月から見える地球は約1.28秒前の姿になります。

【関連記事】

大気差の仕組み|見えている月がそこにはない

太陽と月が同じ大きさに見える理由

【おもしろ映像】地球の出と地球の入り

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2022年5月26日 (木)

地の果てはどれくらい先にあるか|地平線や水平線までの距離

 散歩しているとずいぶん遠くの景色まで見えるなあと思います。そこで考えてみたのが、地平線、水平線が見える場所に人が立っているとき、その人が見ている地平線や水平線はどれぐらい先にあるのかということです。

夕焼け空に飛行機雲
夕焼け空に飛行機雲

 今さらそんな問題?という感じもしますが、次のような図を描いてみました。立っている人の身長は170 cmとして計算してみました。

地の果てはどれぐらい先にあるか
地の果てはどれぐらい先にあるか

 地球上のある地点に立っている身長170 cmの人が見える地平線は、その人が立っているところからθ度分だけ離れたところということになります(わかりやすくするため、実際のスケールとは違います)。

 人、地平線、地球の中心が作る直角三角形に注目し、身長と地球の半径を考慮し、三角関数を使うか、三平方の定理を使えば、θが求まります。ここでは三角関数を使ってみましょう。

 cosθ=底辺/斜辺ですから、この場合には、cosθ=地球の半径/(地球の半径+身長)ということになります。

  cosθ=6380/(6380+0.0017)

  θ=0.042度

 地平線の位置は θ/360×地球の円周(2πr) で求めることができます。

  地平線の位置 = 0.042/360 ×40000 km

 答は 4.7 km すごい近い。

 つまり速歩きで1時間ほど移動すればそこが地の果てということになります。

 たとえば海でボートに乗っているときには遠くの船は見えない。非常に狭い範囲しか見渡せていないことになります。

 遠くまで見えるようにするためには、高いところに昇る必要があります。10 mの高さの場合は、θ=0.1度になり、地平線は約11 km先、高さ100 mで約35 km先です。

 上の図を応用すると、富士山は何キロ先まで見えるかとか、高度10000mを飛んでいる飛行機が地平線や山に隠れて見えなくなるとき、その空は何キロ先なのかというのが計算できます。

 スカイツリーの展望台からどれぐらい先まで見えるかについては下記の関連記事に計算がまとめてあります。

【関連記事】

東京スカイツリーから見える地平線までの距離

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2022年5月 3日 (火)

【おもしろ映像】ガスライターの火がつく瞬間

 ガスライターに火がつく瞬間をハイスピードカメラで撮影した映像です。発火石から出た火花がガスに着火して炎となります。その瞬間がハイスピードカメラでしっかりと捉えられています。 火花がなくなる頃に炎が出でいることがわかります。

Slow Motion Lighter

【関連記事】

炎の色はどんな色|炎の仕組み

分光分析の幕開け(1)-炎色反応でナトリウムの輝線を発見

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2022年3月12日 (土)

半ドンの日(1876年3月12日)

 週明けの月曜日から働き始めてすぐに週末の休みを楽しみにしてしまいます。あ、もちろん仕事はちゃんとやっていますw。

 現在は週休二日制が広く採用されていますがこの制度を日本で始めたのは松下電器産業(現:パナソニック)だそうです。1965年に当時同社会長だった松下幸之助がいち早く導入を決断しました。当初は週休二日制を導入する企業はほとんどありませんでした。企業で週休二日制が導入されるようになったのは1980年頃からです。官公庁が導入したのは1992年、学校で導入されたのは2002年です。

 自分が子ども頃、親たちは土曜日は出勤、子どもは学校でした。ただし、土曜日は会社も学校も午前中までで午後には帰宅することができました。子どもも大人も土曜日の午後から日曜日の夜まで1日半の休みをとても楽しみにしていたのです。

土曜日の夜は宴会(昭和36年)
土曜日の夜は宴会(昭和36年)

 日本で土曜日が午前中までで日曜日が休日となったのは明治9年(1876年)のことです。太政官布告により同年3月12日から官公庁で土曜半休・日曜休日制が導入されました。これに伴い民間企業も土曜半休・日曜休日制を採用しました。

 それ以前は明治元年(1868年)の太政官布告により官公庁の休みは31日を除く1と6のつく日と決められていました。これは江戸時代からの習慣をそのまま踏襲したものですが海外交易が盛んになり休日を諸外国と合わせる必要性が高まり、土曜半休・日曜休日制としたのです。なんと昔の日本の休日は週ごとではなく土曜日と日曜が休みではなかったのです。

 さて土曜日の午前中まで働くことは「半ドン」と呼ばれていました。「半ドン」の由来には2つの説があります。

 ひとつはオランダ語の休日「ドンタク(zondaq)」が日本でも休日を意味する言葉として広まりました。たとえば福岡県の博多市で毎年5月に「博多どんたく港まつり」が行われますが、この名称も「ドンタク(zondaq)」に由来しています。博多市民の全員がお休みしてお祭りに総参加して楽しみましょうということです。土曜日は半分が休みのためドンタクの半分ということから「半ドン」と呼ばれるようになったというものです。

 もうひとつは午砲に由来するよるというものです。明治4年(1871年)から皇居で毎日正午を知らせる大砲が撃たれるようになりました。この大砲は午砲やドンと呼ばれ、土曜日はドンの合図で仕事が終わることから都心で働く人々の間で「半ドン」と呼ばれるようになり、その後、午砲が全国の主要都市で行われるようになり「半ドン」が全国的に広まったというものです。どちらの説が正しいのかわかりませんが、全国的に広がったことからどちらの効果もあったのではないかと思います。

 自分は大学生の頃は週休2日制ではありませんでした。就職して週休2日制になったときにはなんとも贅沢な週末なんだろうと思ったものです。しかし慣れというのはおそろしいものでいつの頃から週休2日制に慣れ親しんでしまいありがたさも失われてしまいました。

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2022年3月10日 (木)

惑星直列(1982年3月10日)

 惑星直列は太陽系内の惑星が一直線に並ぶ現象のことです。実際には全ての惑星が一直線に並ぶことはありませんし、惑星直列という天文用語もありません。一般に惑星直列とは全ての惑星が太陽を中心とした中心角90度位内の扇形に入ったときのことを言います。この条件の惑星直列は過去に何度か起きていることが計算により確認されています。1128年には中心角が39度で最も直列に近い惑星直列が起きています。

惑星直列
惑星直列

 さて間近の惑星直列は1982年3月10日に起きました。この惑星直列は数年以上前からテレビ、雑誌、書籍などで取りあげられ、水星から冥王星(※1)までの全ての惑星が一直線に並ぶことにより惑星同士の引力が影響し合い天変地異が起こるなどの予言が流布しました。当時、本当に天変地異が発生するのでないかと心配になった人も少なくありませんでした。昭和時代に小中高校生だった人は学年誌などで読んだことを覚えているのではないかと思います。

 しかし全惑星が完全に一直線に並んでも引力の影響はほとんどないことがわかっています。計算では地球と月の引力よりも遙かに小さく地球で天変地異が生じることはありあません。実際、1982年に惑星直列が原因と考えられる災害は起こりませんでした(※2)

 ところで1982年の惑星直列は中心角が96度のため惑星直列ではなかったという指摘もあります。ちなみに1982年の直前の惑星直列は1817年で中心角は83.9度でした。次回は2161年に中心角68.7度の惑星直列が起きることが予測されています。

(※1)当時、冥王星は惑星だった

(※2)3月29日にメキシコのエルチチョン山が132年振りに噴火している。この大噴火で地球の気温が0.3~0.5度低下した。

【関連記事】

地球がハレー彗星の尾の外側を通過(1910年5月19日)

冥王星が発見される(1930年2月18日)

ハレー彗星が近日点を通過(1986月2月9日)

ほぼ皆既月食の部分月食(2021年11月19日)

巨大な小惑星7482(1994 PC1)が地球に大接近(2022年1月19日)

【おもしろ映像】地球の出と地球の入り

 

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