東大理三合格者による物理の息抜き勉強法|NHK Eテレ「考えるカラス」

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物理の息抜き勉強法


物理を受験科目とだけ狭い視野で捉えてしまうと面白味もなく興味もなくただ苦痛な勉強を強いられる、物理が嫌いになるという結果を招いてしまいます。しかし物理は世の中の物事を論理的に証明する学問と考えれば違った視点から勉強に取り組めたりします。息抜きがてらその気づきをこのコンテンツから得てみてください。大学受験生はもちろんですが高校1,2年生や中学生のみなさんも是非ご覧ください。

【物理の息抜き勉強法|NHK Eテレ「考えるカラス」の東大理三合格者による考察 コンテンツ目次】

1.「水と天秤」についての物理的考察

2.「磁石の振り子」についての物理的考察




「水と天秤」についての物理的考察


大学受験物理を身近な現象とまず捉える

大学受験の物理の勉強が好きになれないという方は物理という科目を受験科目としてばかりでなく身近な現象からとらえてみましょう。高校生、大学受験生のみなさんはもちろん、小学生、中学生のみなさんにも非常に役立つ情報です。 NHK Eテレの考えるカラスの中の考える練習というコーナーを見たことはありますか?
ご覧になったことがない方はとりあえずこちら
第4回 考える練習「水と天秤」をご覧ください。

高校生、受験生のみなさんこの現象の理論をちゃんと説明できますか? 小中学生のみなさん、この答え正解しましたか? こういった息抜き程度のものから自分の考え方や勉強への取り組みが一瞬で変わったりすることもあります。 その、「気づき」を少しでも多くの方に得ていただきたいと思います。

この番組は理由や理論の解説がないところが番組の趣旨ですね。 でも、「う~~~~~~~~~~ん」と考えていても気持ち悪いですよね。 その状況ですと「気づきの発見」を得難いと思います。 簡単に理論の解説を掲載します。

NHK Eテレ 「考えるカラス」~解答の一考察~

この番組の問題は簡単なようで実はとても難しいです。 難関大学理系受験生や学生でも答えすら間違える、理論の説明は非常に難しいというものも含みます。 以下、小学生・中学生向けの解説と高校生・受験生向けの解説に分けて説明します。

【小学生・中学生のみなさんへ】

水の中に指を入れると、その指の分だけ水をおしのけます。 実はそれが関係していて、おしのけた水の重さと同じ分、指には浮力という上向きの力がかかります。 ビーカーの中の水は指を上向きに押していますが、それと同じ大きさで下向きの力を指から受けているので、ビー カーは下に下ります。 これを「作用反作用の法則」といいます。

もう少しわかりやすく説明しますね。 考え方のヒントとして、このビーカーの中の水をどんどん固くして、ゼリーのようになった時を考えてみて下さい。 ゼリーの表面を指で押すと、表面は少しだけへこんで、指には上向きにはね返る力が働き、ビーカーは下がっていくことは直感的に想像できると思います。 水の場合も同じように考えることが出来るというわけです。 (ゼリーの場合は指にかかるのは浮力でないので全く同じではありませんが。) これをヒントに実際に自分でいろいろ試してみてそれをまとめれば小中学生の立派な一研究になると思いますよ。

【物理選択の大学受験生のみなさんへ】

指を断面積Sの円柱で近似し、水に素早く一瞬で入れた後は固定され動かないものとします。 またビーカーは天秤の受け皿から常に等しい垂直抗力を受けているとし、適切な座標と文字を置いてビーカー+水 の鉛直方向の運動方程式を立ててみてください。 指を入れたことに依る水位の変化も無視して構いません。 すると単振動の式になるはずです。 実際VTRを見るとビーカーが下がった後、少し上がっていますから、下がってそのまま止まるとは限らないわけです。

以上が簡単な理論の説明です。 人間の脳みそが疲れる一つの要素として、左脳と右脳の使用頻度のバランスが大きく崩れる場合、ということもあるようです。 頭の体操をしながら、息抜きするということもオススメです。 ご好評頂ければ、また簡単な解説を掲載します。

「磁石の振り子」についての物理的考察


物理を得意にするにはカラスになればいい?

今回は、第8回 考える練習「磁石の振り子」について取り上げます。 まずはこちらのNHNの公式サイトをしっかりと見て考えてみてください。
https://cgi2.nhk.or.jp/school/movie/bangumi.cgi?das_id=D0005110308_00000&year=2013
今回も小中学生向けの解説と高校生・受験生向けの解説に分けて掲載します。 解説を見る前に必ずしっかり考えてみてください。

【小中学生の皆さんへ】

アルミは磁石にくっつきませんが、電気は通します。 磁石が電気を通す物体の近くを通る時、その物体に渦状に電流が流れます。 電流が流れると磁力が発生しますが、この渦状の電流から発生する磁力は、振り子磁石の動きを遅くする向きに働くように発生するので、振り子磁石はその磁力によって速度が遅くなり、やがて止まってしまいます。 このように、磁石が動くことで電流が発生することを「電磁誘導」といいます。

【物理選択の大学受験生向け】

電磁誘導といえばコイルですが、この実験のようにコイルでなくても起きます。 下のページに詳しいので参考にして下さい。
関西電力のHP
また、「振り子の運動エネルギーはどうなったのか」ということも考えてみてくださいね。 記述問題でも良く問われることです。 以上が簡単な回答の一考察です。

ここからは少し雑談です。 この番組の最初に出てくるカラスですが、カラスは本当に頭がいいですね。 皆さんカラスが「くるみ」をどうやって食べるか知っていますか?見たことありますか? くるみは非常に硬い殻に覆われていますよね。 カラスの嘴の力では割ることはできません。 頭のいいカラスはどうするかというと、 くるみをくわえてきて、道路の車のタイヤがちょうど通るあたりにくるみをおきます。 そしてそこを車が通過したあと割れたくるみの中を食べるのです。 多分日本全国では頭のいいカラスはほかの手段でもくるみを食べているのでしょうね。

カラスは頭がいいですが、このような行動の前提にあるのは優れた観察眼ですよね。 どうしたら硬いくるみの殻を割ることができるか、ということを真剣に考える、 日々の生活の中でいろいろなことを興味を持って観察している、 それらが頭の中で結びついたときこういった手段を編み出すのでしょうね。 推測ですが。

日々疑問を持ち、観察し、いろいろな手段を試してみるということは物理の勉強にも大いに役立つはずです。

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