千葉

理科の研究(来年向け)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
夏休み終わりましたね~(大分遅い)

前回の自由研究ネタの補足説明などしときましょ。
来年のネタとして温めれば良かろうと思いますよ。
なに、試してない?前回の見てまずは試してくださいな!

①机の端に置き紙を上に敷いた定規が、一瞬動かない
これ、水平方向にはほぼ問題なく動きます。動きにくいのは垂直方向ですね。
はみ出した端を叩いたりすると、かなり手ごたえがあるはずです。
これには、大気圧というキーワードと関連が深い現象です。
ものすごく平たく言うと、紙の上の空気が重すぎるので、紙を持ちあげられないわけです。
ただ、普段は紙の下の空気がそれ相殺しちゃうので、体感することはまずないですね。
紙の下が真空に近い状態になっていて、机に貼りついているという見方も。
吸盤の原理にも近いですね。

②水中の硬貨を水面から狙うと外れる
例えば、真っ直ぐな棒で、硬貨の斜め上から狙うと、少し奥に外れてしまうはずです。
これは光の屈折が大いに関係しています。
我々は光は直進するという前提でしかモノを見られず、水面での屈折の事は中々意識できません。
水面から水中のモノを見た場合、このため位置が捉えられません。
ただ、硬貨の真上から狙うと、屈折の影響がなく普通に当てられますね。
※この場合でも、実は距離が捉えられていません。実際より浅い位置に見えませんか?
夏休み中に魚のつかみ取りなどやった人もいますかね?
水中の魚を水面から狙うのは、魚が逃げるのを抜きにしても、この現象のため難しいですね。
高校数学(三角関数)かじれば、どれくらいズレるのか計算できますよ!

③紙に液体を浸透させると、なんか縞模様ができる
ジュースやインクを複数混ぜたりすると観察しやすいかも。
ただ、こちらは原理部分は学校では(中学校理科~高校物理まででは)習わないところですね。
詳しいところに興味があれば、「クロマトグラフィー」で調べてみてください。

ところで、自由研究なんて、目の前にこういう現象があった、それだけで十分スタートできます。
①②は原理部分の話してみましたが、自由研究で原理の解明は普通必須ではないです。
原理説明しようとして、結局何かの丸写しで終わってる研究を時々見ますが、あれは無理筋です。
―というかそもそも、世の中原理のわかりきってない現象なんて山ほどあります。
比較的単純化しやすい物理現象でもそうなんです。多数の物理現象が絡む生物地学化学なんてもうもう。
わかると思っているほうが傲慢なんじゃないかというくらいですね。SFの見すぎです(※個人の偏見です)。
わかろうと努力するのは素晴らしい事ですし、それは続けてほしい。
でも、その結果が丸写しだとしたら本末転倒。
そうなるくらいなら、この現象が何の役に立ちそうか、とかやる方がいいです。
③も、原理部分は実験で見えたものや既習の内容だけでは、私はちょっとまとめられないですね。
ただ、これが何に使えるか、何の役に立ちそうかなら、考えられませんかね?
もしかしかたらそれは、誰も考えたことのないものになるかも知れません。
…なんて見方が出来ると、自由研究のテーマなんて実験系に絞ったとしても困らないはず!
※他には、観察系・工作系に大きく分けられます。

今から来年の夏休みが楽しみですね!!!
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大学入試制度こう変わる

個別指導の学習空間、四街道東教室の野依です^^

今回は、大学の入試制度改革について書こうと思います。かなり真面目な内容です!!笑

既にご存知の人もいると思いますが、センター試験は来年2019年度で廃止されます。これに変わり、翌年2020年度からは、新たに「大学入学共通テスト」というものがスタートします。

つまり、今の高校1年生から、新しい入試制度で受験に臨むということです。新しい入試制度での受験は、分からない部分も多いので不安もあると思います。ですが、事前にしっかり準備さえしておけば臆することはありません!

まず、現在のセンター試験からの大幅な変更点としては、記述式の問題が導入されることです。センター試験は全てマークシート方式で実施されていますが、共通テストでは、一部に記述式問題が導入されます。導入当初は国語と数学で実施され、2024年度以降からは地歴・公民、理科分野でも導入予定だそうです。

現在までに実施されたプレテスト(試行調査)では、国語は記述式問題の無解答率は低かったものの、正答率は非常に低かったようです。一方、数学に関しては正答率が非常に低いだけでなく、無解答率も高かったそうです。今のうちから記述問題の演習はしておいた方が良さそうですね!

さらに、英語は「読む・聞く・話す・書く」の4技能を評価する方向に大きく変わります。現在のセンター試験では「読む・聞く」を評価しているとされています。しかし、残りの「話す・書く」をセンター試験のような大規模な集団に対して、試験を実施することは難しいものがあります。そこで、既に4技能の評価を行っている、民間の資格・検定試験を活用する方向にまとまっているそうです。どうやら、英検も持っていて損はないということです。積極的に受験してみましょう!

英語は2023年度まで、共通テストとして実施する試験と、民間の資格・検定試験の両方が用意され、各大学によっていずれか、または両方を利用できます。自分の受けたい大学によって変わる部分なので、しっかり下準備をして本番に臨みましょう。

これら以外にも、細かい変更点が多々あるので、大学受験を考えている人は是非一度、自分でも調べてみてください。大学受験は情報戦でもあると思います。いかに、的確な情報を集められるかの戦いでもあるわけです。その上で初めて受験資格を手にできるのだと思うので、まずは情報収集からしっかり始めていきましょう!誤った情報に翻弄されてはいけません!

かなり堅い内容になってしまいましたが、、、、今回はこの辺で!!!

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理科の宿題(=自由研究)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
すっかり夏ですね~夏休みですね~。
…。

自由研究、終わってますか?

終わっている!そもそも出てない!大変結構です。
終わっていない?じゃあ今からやりましょう。

何やったらいいか分からない?ネタが無い?
個人的に、調べたい・知りたいことが無いなんて信じがたいことですが…
まぁいいや、教室内の道具でも出来る、不思議な現象を紹介しましょう。
※文面だけでの説明では限界がありますが、そこは頑張って再現してください。

①用意:定規、紙
まずは机の上をキレイにするところから。消しカス厳禁。
机の端に定規を置きましょう。定規の端を数センチほど宙に出た状態にします。
その定規の机の上の部分に、紙を敷きます。こちらも、きれいに、美しく、隙間なく。
はみ出ている定規の端を持ってor押して、普通に動かせますか?

②用意:バケツ、硬貨(小さくて沈むもの)、30cm定規(真っ直ぐの長い棒)
バケツに水を入れましょう。で、硬貨を沈めます。端っこは避けると良いですね。
その硬貨を、水面の上から定規で突けるでしょうか?
ただし、水面の上から狙いを定めること。狙いを付けたら、まっすぐに突いてください。
なお、ズレを予測などせずとも当たる狙い方があったりもします。

③用意:何かしら色のついた液体、ティッシュ
液体にティッシュを上から垂らして、下の部分を少しだけ付けます。
以上!色々混じった不透明な液体がよりお勧めです。
均一にただ液体がしみ込んだだけ…になるでしょうか?

自由研究あるあるですが、一日で終わらせようと思ってテーマを探すと多分中々終わりません。
やる前から規模の予想が付く研究なんて、自力ではまず見つけられないでしょう。
日ごろから色々調べている人なら見つけられますが、そういう人は自由研究そこまで手抜きしませんし。
丸3日くらいかかっちゃってもやむなし、と思って始めると、はかどると思いますよ!
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理科の知恵(電気回路とブレーカー)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。

今日のはやや長いので能書き無しで。
○ブレーカーを落とさずに多数の電化製品を使う方法
2年でやったであろう電気回路あたり、しっかり学習できてるでしょうか。
※若干教科書超えるレベルですが
細かい仕様は一部ぼかしつつですが、やった内容と照らし合わせてみましょう。

・抵抗の並列接続
あれ、合成抵抗の逆数がどうのこうのという話に目がいきがちですね。
今回は別の側面を確認しておきましょう。
「各抵抗に掛かる電圧は、それぞれを単独でつないだ時と変わらない。」
※ここでいう「抵抗」は、例えば豆電球やモーター等、今回に限れば、電化製品と読み替えてください。
中学校の段階だと、合成抵抗のインパクトが強すぎて難なんですよね…
電源の電圧が変わらない場合、各抵抗に流れる電流の強さは単独でつないだ時と変わりません。
結果、各抵抗で消費する電力も変わらないわけです。

・コンセントの仕様
家庭用コンセントの差込口を増やし、多数の電化製品をつなぐ事は、
電源に並列に大量の抵抗をつなぐ事に相当します(俗にたこ足配線と言う状態ですね)。
並列になるようにしてあるおかげで、それらは全て単独でつないだ時と同じように動作します。
このとき、大元のコンセント~電源までの導線には、それぞれの電化製品に電気を供給するべく大量の電流が流れます。
例えば、テレビに3A,電子レンジに15A、ドライヤーに10A、計28A!みたいな。
つまりこうです。コンセントに大量に電化製品をつないでも、使う分には仕様上問題ないんです。
日本では100V、アメリカでは120Vが基本など、地域によって電源電圧が違ったりはしますが、原理は同じです。
外国に行ってもこの知識は使えますよ!

・ブレーカーの意図
じゃなんでブレーカーは落ちるんでしょうか。
嫌がらせ?いやいや。
導線に大量の電流が流れると大きなジュール熱が発生します。
平たく言いましょう。発熱します。
電流が大きければ大きいほど、また使用時間が長いほど、より高い温度になります。
放っておけば、導線が焼き切れるまで熱くなりつづけます。
なんて、導線は金属製、そう簡単に焼き切れません。まず絶縁体のビニール等が燃えます。
導線が切れるより火事になるのが先かもしれません。
…マズイですね!
何も知らない人がテキトーに電化製品を使っていると、火事になるわけです。
こういうことは理科や家庭科で習うはずなのですが、でも忘れている人も多いでしょう。
そこで、家の配電盤には安全装置をつけてあるんです。
放っておいたら火事になりそうな強い電流が流れると、それを感知して家の電気を切る装置が。
ブレーカーって言います。これで大丈夫ですね!
※漏電ブレーカーはまた別。あっちはふつう製品の使い方的な話ではないです。
※アンペアブレーカーが落ちる原因はこれとは少し違うんですが、対処法がよく似ているので省略。

今回のテーマは、「ブレーカーを落とさずに多数の電化製品を使う方法」でしたね。
つまり、ブレーカーが「やべぇ」って思わない程度の電流ならOKなんです。
一部屋で15Aとか20Aとか、どれくらいの値で落ちるかは仕様次第です。
また、電流の量は、消費電力に比例します。
つまり、消費電力が一定量を超えない範囲なら大丈夫と言いかえられます。
この場合、多くの場合一部屋1500W~2000Wくらいでしょう。

消費電力が低いものなら見た目上数が多くても多少は大丈夫です。
特に低い側の代表的なものに、携帯電話の充電機があり、
多くは20W程度なので、数十個たこ足しても理論上は大丈夫。
一方、熱を生むものはほぼ高い側です。
電気ポットや炊飯器、電子レンジ、トースター、電気ヒーター、ドライヤーなど
大抵一個で1000W前後あるので。同じコンセントでの同時使用はアブナイです。
同じ時間にこれらの複数を使うのも、ブレーカーが落ちる場合がありますね。
パソコンやゲーム機、モニターはその間ですかね。数個レベルなら大丈夫です。
日常生活以外でも、避難所で非常電源分けあう時には結構重要だったりします!

ええ、中学校で、電気回路の単元で習ってますよ今日出た原理!使えてますか?
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理科の知恵(春のフタ開け)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
すっかり春ですね~
冬向けのお題使い残したのあるなぁとか思いつつ。

たまにはブログっぽく雑談的内容。

祖父母宅庭にミカンの樹があるもので、毎年この季節はミカン狩りやっとります。
こたつで食べる小さくて甘い冬ミカン系ではなく、拳大の大きで結構酸っぱい夏ミカン系のヤツです。
私が物心ついたときにはすでに実のなる樹の状態でしたね。
で、年々樹の方も成長していて、実のなる数や樹そのものも大きくなるわけです。
昔はこちらの成長とあちらの成長が釣り合ってましたが、近年は若干厳しい感じに…
先日ついに大規模に剪定され、今年の収穫は少し楽になりましたが、来年はどうだか。
つまり、春休みと言えば楽しくミカン狩りなんですね(個人の感想です)。

で、収穫した大量のミカン、当然のように無農薬ですから、皮までおいしくいただけます。
…もちろん、生の皮なんて、渋いし硬いし砂とかよーわからんのとかついてるし、食べられたものじゃないです。
そのまま食べてもおいしいですが、近所におすそわけしても結構な量です。近年は200個超えてましたからね…
ではなくて、皮ごとジャムにできるわけですよ。
つまり、春休みと言えば楽しくジャム作りなんですね(個人の感想です)。

ジャムの作り方は省きましょう。
アツアツのジャムをビンに入れて保存するわけですが、さて、
いざあけようとするとフタがあかないあかない。
素直に開いた試しがないですね!
つまり、春休みと言えば楽しくフタ開けなんですね(個人の感想です)。

○固くしまったビンのフタの開け方
前置きが長くなりました。
フタが開かない原因と対策は何パターンかあります。

・内外の圧力の差
熱い料理を弁当箱に入れて、昼時開かなくなるのは大体これです。
熱い空気は冷えると縮み、外との気圧の差が出来ます。
要はフタが外の空気に抑えつけられているような状態になります。
対策としては、熱いものを入れたものにフタをしないことです。
できれば少し冷ましてからフタしましょう。
なお、よく見ると弁当箱によっては、この対策のために圧力調整用の穴があいている場合があります。
原理的には中身を加熱すると再び開きますが、あまりお勧めの方法ではないですね。
フタのわずかな隙間にスプーンの先端等を差し込んで、てこの要領で無理やり隙間をつくると
圧力差がなくなり、あっさり開く場合があります。
フタがわずかとはいえ変形する上、スプーンにも無理がいく、やや乱暴な方法ではあります。
ジャムのビンの場合、大抵スプーンは手元にあります。そのため、後者はわりとよくやっちゃいます。

・フタのサイズが変わった
上記と状況ほぼ同じで、閉めるとき熱によりフタが膨張または収縮していた場合です。
対策もほぼ同じで、フタを閉めた時と同じ温度(大抵は加熱)すると開く場合があります。
加熱自体に手間がかかるため、あまり積極的に試したい対策ではないですね。
ジャムのビンでやる場合は、フタだけを湯につけて温めますかね…最終手段です。

・フタが小さい
回して開けるタイプのフタは大体このやり方です。
このフタを開けるには、回転させる作用が必要です。
例えば蝶番付きのドアを開ける場合、ドアノブを押せば簡単に開きます
しかし、その反対側、蝶番のすぐそばを押しても中々動きません。
小さなフタでは、その現象が起きてます。
作用を大きくするには、力を大きくする以外に、フタの回転させる半径を大きくする手もあります。
力の強い人を呼ぶ以外には、フタをタオルなどで包むのが有効です。
ジャムのビンの場合は、台拭きですね。フタをしっかりつかめれば、案外有効です。

・フタに力が加わらない
フタに手をかけようにも、つるつると滑ってしまう場合があります。
力が加わらないことには、フタが回るわけがないですね。
対策としては、フタと手の間の摩擦力を上げればよいです。
手を湿らせるほかフタに輪ゴムを巻くのも作戦です。
ジャムのビンの場合は、上記のタオルを巻くのと併用すると効果的です。
輪ゴムだけで開いたのは何回もありません…

ほぼ物心ついたときから、毎年2~5瓶くらい家用にジャム作ってます。
計算上、今まで100以上はビンのフタと格闘してますよ。わお。

物理だと、モーメントとか摩擦力とか圧力とか、結構色々な分野にまたがっている話ですね。
私も独学で考察しているので、もっといい方法や別の理由があるかもしれません。
この手の情報、知っている事あったら是非教えてくださいね!
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勉強をする意義。大学受験と高校受験の違い

個別指導の学習空間,八千代大和田・佐倉臼井教室の小西です.

 中三生のほとんどは、将来をどうするのかまだ漠然としか考えていないと思いますし、中学生としてはそのほうが健全だとも思います。将来大学に進学したい人もいればそうでない人もいるでしょう。しかし大抵の人は「行けるものなら大学に行きたい」と思っているのではないでしょうか。私見ですが、大学受験というのは本当に良いものです。人類が数百年、下手したら数千年かかって手に入れてきた叡智をたった三年間で学べてしまうのです。ただでさえ大人になったら勉強できる時間は減ってしまうので、おそらく高校三年間以上にコストパフォーマンスが良い学習はほとんどの人は死ぬまでできないと思います。

 勉強する意味というのは人それぞれだと思いますが、私は一つの理由として「将来やりたいことが見つかったときに、その分野の本が読めるため」だと考えています。勉強とは一見関係のない分野(スポーツ、美容、音楽、映像、料理、などなど)でも、その分野の高度な知識というのは必ず本という媒体を通して記録されています。これは人類が古来より文字という記録媒体に頼ってきたことから自明でしょう。そしてその文字によって記録された本を読むためには一定の教養と知識、多少の読解力が必要になります。もし中学高校の六年間でろくに勉強をせずに過ごし、大人になってから心の底からやりたいこと・面白そうなことと出会えたとしても、中高での勉強の経験がないと一冊の本を読み通すことは困難です。せっかく面白そうなことと出会えたのに、過去の自分の不勉強のせいで本一冊読むことができない。それはとても悲しいことだと思います。

 私自身もそういう経験はたくさんあります。ここ数年、私は哲学や文学に興味が湧き、自分で本を読もうとしているのですが、哲学や文学の専門書を読む訓練をろくに行っていなかったので今になってそれらの本を紐解いてもなかなか読むことができないのです。自分の不勉強のせいではあるのですが、大人の方でもそのような経験はあるのではないでしょうか。

 もう一点。大学受験を考えたとして、その難しさは高校受験の比ではありません。よく「高校受験のときよりめっちゃ頑張れば良いんでしょ」というテンションの高校生がいますが、高校受験と大学受験の違いはそんなものではありません。どれくらい違うか、例えて言うと「野球で県大会まで行った人がサッカーの全国大会に出ないといけない」くらい違います。高校入試の延長上に大学入試があってその距離がとても遠い、という感じではなく、まったく別の試験である、というくらい違います。以下大学受験と高校受験が別物だという理由をいくつか書いてみます。

 一つ目は出題範囲です。高校受験は公立入試であれば、学校で習った内容と入試で出る内容はさほど変わりません。学校のワークとほぼ同じ内容、同じレベルの問題が出題されます。なので習ったことをできるようにしておけば高校受験は大丈夫です。しかし大学受験はその出題範囲は広大です。高校の授業では範囲をそもそも網羅できません。特に英語は、偏差値五〇前後だと文法を一切授業で扱わない高校もたくさんあります(信じられないかもしれませんが、本当のことです)。つまり高校の授業を熱心に予習復習していても大学受験のスタートにすら立てないなんてことも多いのです。理科や数学も高校の授業ペース・内容では入試には間に合わないことがほとんどです。

 二つ目は受験者層の違いがあります。これを説明するために、偏差値というシステムを簡単に説明しておきます。偏差値はだいたい、一番下が三〇で一番上が七〇、五〇が真ん中です。日本の高校進学率はほぼ一〇〇%近くありますので、高校の偏差値は全高校生の学力をもとにできていると言ってもいいでしょう。つまり、全高校生の中で真ん中くらいなら偏差値五〇です。しかし大学受験の場合は話が少し異なります。日本の大学進学率は五〇%弱です。ここでは五〇%としてみましょう。また、話を簡単にするために学力上位五〇%が大学進学を目指すと考えます。そうすると、高校では偏差値五〇~七〇の人たちで大学受験が行われることになります。つまり、大学受験における偏差値三〇は高校受験での偏差値五〇くらいということになります。大学受験での偏差値五〇は、高校受験での偏差値六〇くらいです。なので、目安としては高校で普通に勉強を頑張っていた場合、その高校の偏差値から一〇を引いた偏差値の大学くらいに進学できるということになります。偏差値五〇の高校だったらメインの進学先は偏差値四〇の大学っていう感じです。これをひっくり返して偏差値六〇くらいの大学に進学するのは容易なことではありません。

しかしこれだけキツイ大学受験を戦い抜いた生徒は必ず大きく成長します。この時期の高校三年生の顔は以前とは見違えるほど清々しく、澄んだ目をするようになります。我々からしたら「この仕事をやっていてよかった」と心の底から思える瞬間でもあります。

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理科の知恵(勉強と暖房)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
先日教室で蜘蛛を見かけました。丁重にお引き取りいただきました。
…そんなわずかな春の気配を感じる今日この頃ですが、寒さはまだ続きます。

そこで今日はギリギリ季節はずれでないこれ。
・各種暖房機器の効率の良い使い分け方
家庭用の暖房機器はいくつかありますね。
それぞれの特徴を、物理屋さん目線で挙げます。

○石油ストーブ
灯油の化学エネルギーを熱にかえます。
要は燃焼なので、酸素を消費して二酸化炭素を出してます。
比較的安く使えて、設置も簡単です
使用中定期的に換気が必要で、火災にも注意が必要です。
勉強部屋用としては微妙な相性ですね…
1~2時間に一度、休憩しつつ換気すると良いと思います。

○ガスストーブ
ガスの化学エネルギーを熱にかえます。
石油ストーブと基本原理はほぼ同じです。より燃料費が安く、かつ高出力なことが多いです。
勉強部屋用としてわざわざ用意することは、千葉ではないでしょう。
寒さの厳しい地域では、高出力を頼りに使われるようです。

○電気ストーブ(ヒーター)
電気エネルギーを熱にかえます。
何も燃焼していないため、換気の必要性が低く、火災の危険も低めです。
設置は簡単で、運転中の管理もほぼ必要なく、かなり扱いやすいです。
使用料(電気代)が高くつきやすいのに注意です。
勉強部屋用としては優秀だと思います。
ただ、下手な使い方をすると電気代が5000円以上になることも十分ありえます。

○エアコン(暖房モード)
室外から熱を吸い、室内に吐き出します。
こちらも換気の必要性が低く、火災の危険はほぼ無いです。若干出力は控えめです。
運転中の注意はなく、原理上電気代も電気ストーブほどにはなりません。
しかし、大がかりな装置を必要とするため、設置が大変でお金もかかります。
勉強部屋用としては理想的だと思います。
既に部屋にある生徒さんは、親御さんに感謝しましょう。
なお、私の入っている教室はエアコン完備です!ありがたや!

○電気こたつ
電気エネルギーを熱にかえます。
電気ストーブと基本原理は同じです。部屋全体を暖めようとしていないのが相違点。
適切に毛布などを併用すると、暖房効率が非常に良く、電気代は軽減しやすいです。
設置がその分やや難しく、本人の行動範囲が制限されがちなのは留意ですね。
勉強部屋用としては悪くないと思います。
ただ、コタツで寝るのはよくないです。さすがに一晩は保温しきれず冷える→風邪ひきます。
つけっぱなしはもっとダメです。

・換気について
窓閉め切りがちな冬場ですが、勉強部屋の換気は重要です。
二酸化炭素の濃度が上がり、酸素の濃度が下がると、集中力の低下や眠気の原因になります。
特に暖房を使っていない場合でも、一日一回程度は換気したいところです。
また、酸素の濃度が下がり過ぎると、ストーブ使用時に不完全燃焼という現象が起こります。
不完全燃焼では、燃焼の過程で「二」酸化炭素ではなく、「一」酸化炭素が出てくるようになります。
一酸化炭素は毒性があり、最悪の場合命を落とします。
たまに、換気したら暖房の意味が無いという意見を聞きますが、暖房は部屋の空気だけでなく、部屋自体を温めます。
そのため、空気を入れ替えても、一定の暖かさは残ります。安心して窓あけましょう。
窓は短時間全開にするのが良いです。逆に、長時間小さく開けるのはオススメしません。

勉強に限らず、何かに集中して取り組みたいとき、換気は結構バカにならないと思ってます。
できれば換気の必要のない暖房器具を使い、ぼーっとして来たら換気、試してみてください。
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理科の考察(赤い月)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
先月末には皆既月食がありましたね!
私の教室ではしばし机を離れて、幻想的な赤い月を観察しました。 

今日のテーマは特別編でこれです。
○…なんで月見えてるんでしょ?
皆既月食では月は地球の影に入り込むんですよね?
宇宙空間の真っ暗闇の中の月が、なぜ赤黒い色で見えてるんでしょう?

・屈折
この理由の半分は、中学校で習う凸レンズの特性の応用で説明できます
地球の周りには大気があります。球の形の空気の塊ですね。
また、大気(空気)にも真空と比べるとわずかに屈折率があります。
このため、大気は凸レンズのようなはたらきをします。
太陽からほぼ垂直に地球に来た光は、地球の影のほうへ曲がるわけです。
地球の影もまっ暗闇ではないんですね。

・散乱
でも、これでは赤くなる理由がわかりません。
これには「光の散乱」という現象が絡んでいて、細かいところは多分高校で習います。
※発展的な内容なので扱わない事もあり得ます。
小難しいところですが、高校数学ノータッチでイケるので、説明しますね。

まず予備知識として、太陽光(白色光)は、色々な波長の光が混ざっています。
また、光の波長の違いは、我々の目には色の違いとしてうつります。
最後に、光は何かに当たれば反射し、その向きを変えます。

さて、太陽光が大気を通過する際、含まれる光それぞれの波長の違いが問題になります。
光を人に例えると、波長の違いは、歩幅の違いとしてイメージしていいです。

青い光は波長の短い光です。
ちょこまかしてるので、空気中の細かな分子に当たってしまい、中々まっすぐ進めません。
そのため、皆が大気を通り抜けて地球の反対側に行く頃には、青い光は大体別のところ行ってしまってます。
※どこに行ったかって?地上(にいる我々の目)の方に来ています。おかげで空は青く見えます。

赤い光は波長の長い光です。
波長が長いため、空気中の分子などと言う細かいモノはどんどん跨(また)いでしまいます。
そのため、大気を通り抜けて地球の反対側に行く長い旅でも、赤い光はほぼ脱落者なくやりきります。
※夕焼けが赤いのは、他の色の光が次々脱落する中、赤い光は来るからと言えます。

なお、赤と青の間の他の色は、この間の性質となります。
すごく平たく言えば、大気をストレートに通過できるのは赤っぽい光のみということです。

さくっとまとめましょうか。
皆既食中の月は、太陽の光が直接には届かない場所にあります。
しかしそこは、地球の大気によって曲げられた赤い光が幽かに照らしているわけです。
赤い光で照らされた月は、当然赤く見えるわけですね。

この光の散乱で、海の青や低い位置の月の赤、変わりどころでグリーンフラッシュなども説明出来ます。
光の分散に反射屈折も加えれば、蜃気楼や虹、幻日など、多くの気象現象が説明できます。
気象現象は地学の範囲と思いきや、意外と物理現象として考察しきれるものも多いんですね。
興味がある方は物理勉強してみましょ!(そのためには数学の用意も忘れずに頼みます!)
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理科の考察(夜更かしの代金)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
入試シーズン真っ只中ですが、いかがお過ごしでしょうか。
夜は雪に反射した月明かり…ではなく、文明の利器をフル活用して勉強している人が多いのではないかと思います。
今回はそんななか、「電気もったいないでしょ!はやくねなさい!」とか言われたある人向けのこちら。

○一日の照明に掛かる電気代(※テーマ文微修正)
「それよりおれには今勉強が必要なんだ!!!!」的なこと思ったり言ったりした人もいるかもしれません。
※え?スマホいじってた?うーん…擁護しません。
夜更かしの良し悪しはさておき、物理屋さんとして、どれくらいもったいないのか考察しましょう。

・電気代の出し方
基本的に、1kWhあたり何円という決まり方です。
条件によって変わりますが、一般家庭想定だと大体25~35円/kWh程度でしょうか。
キリよく30円/kWhにしときましょ。
よく勉強している人なら、これで解くのに十分でしょう。

・電力量の出し方
「kWhてなに?」と言われれば、電力量の単位と答えましょう。
電力量は電力と時間の積で求めます。
照明の電力と使用時間が分かれば出せますね!
国際単位系を使えば、この計算で使う単位は
 電力量[J](ジュール)、電力[W](ワット)、時間[s](秒)
となりますが、家電製品扱うときなど、
 電力量[kWh](キロワットアワー)、電力[kW](キロワット)、時間[h](時間)
の組み合わせで計算することがあります。
今回も、後者の方が計算に便利です。

・電力の出し方
照明の電力の求め方?幾つかありますが、今回は必要ないです。
その照明器具のどこかに書いてあります。探してください。
教室の蛍光灯は根元に消費電力93Wと書いてありました。これを常時15セット点けてます。
教室全体では、単純に1セットの15倍、大体1500Wですかね。
念のため単位変換しておきましょう。1kW=1000Wなので、1500W=1.5kWとなります。

・時間の出し方
「一日」は何時間かということになります。
24h(時間)と即答した方、ちょっと気が早すぎます。大事なのは照明が点いている時間です。
学習空間の教室は、通常17時~23時までやってます。
そういう意味では、「一日(のうち照明を点けている時間)」は6h程度です。
また、教室に講師が居る時間と言うと、前後の準備や事務があるため、8h以上になります。
そういう意味で、「一日」は8hとするのが今回はより正確でしょう。

・つまり照明に掛かる電気代は…
電気代[円]=(1.5kW×8h)×30円/kWh
=360円
少し高めに見積もっていはいますが、一か月で一万に近い額になってそうです。
教室レベルの照明の一日分でこれなんで、個人の部屋の夜更かし分(まず100円未満)が高いか低いかは判断のわかれそうなところ。
ただし実際には、ここの教室の場合にはエアコン(約2000W×2台!)という大口消費者がいますので、そっちの電気代が大きいです。
最近は教室開けている間つけっぱなしなので、単純に照明代の倍レベルの額があることに。。
エアコンに限らず、暖房機器はかなり電気食うので、節約ならそちらの使用頻度抑える方がいいでしょうね。
とはいえ、それで体調崩したら元も子もないです。しっかりあったかくして、寝不足にならない程度に詰めていきましょう!

おまけ
トイレの電気消し忘れて、夜中点けっぱなしに?
罰金50円ですかね!
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理科の知識(IHと電磁石)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
寒い日が続きますね。深夜に帰宅する方々は、ガスコンロで料理を温めつつ暖をとることもあると思います。

…生徒のみなさんには当分無縁な(であってほしい)ことだとは思いつつ。
最近暖をとれない調理機器もありますね!今日は家庭によって関心が分かれそうなこれ。
○IHクッキングヒーター単体では暖をとれない理由
理解するには、原理を知る必要があります。

電磁石の特徴は小学校で習ったと思います。
また、配線ミスなどで、電気を流し続けた導線が熱くなるのを見たことがある方も多いでしょう。
なんの話って、IHと言われる調理器具は、この辺りの事をフルに利用しているんです。
順を追ってみてみましょう。
※平易な説明にするため、正確さに欠ける表現使ってますが、ご容赦を。

1.電流(&金属)→磁場 (電磁誘導)
電磁石がまさにこれですね。
導線に電流を流すと、導線は磁石であるかのようにふるまいます。
電流の流れ方を調節すれば、磁場の様子も調節できます。
磁場ってなぁにと言われたら、磁石のまわりにあるものと答えておきます。
次行きましょう。

2.磁場&金属→電流 (誘導電流)
導線の近くで磁石を動かすと、電流が流れます。
例えばコイルの中で磁石を動かすと、電流計が反応する程度の電流が流せます。
※補足:より正確には、磁場の変化が重要です。
うまくすれば、相手の金属に触れずに電流が流せるわけですね。
もうひとつ。

3.電流→熱 (ジュール熱)
金属にただ単に電流を流すと熱くなります。
熱くなるんです。
電磁石に電池付けっぱなしで放置しちゃった人、いませんか?アブナイです!
もう基本原理が分かりましたね(?)

装置内に強い電流を流し、1の原理で強い磁場を発生させます。
ただし磁場は目に見えず、生身の人間には、そのあるなしを判別するのは困難です。
※補足:流すのは交流である必要がある。磁場が強いだけでは2につながらない。
これがIH本体の基本の仕組みです。
そこに金属製の鍋等を十分に近づけると、2の原理で電流が流れます。
そして3の原理です。流れるだけで何もしない電流は、熱になります。
つまり鍋そのものが熱くなります。

そうなんです、IH本体は熱をほぼ発しません。
「近づけた金属を発熱させる装置」と見るのが分かりやすいと思います。
IHで暖を取りたければ、発熱させる金属が必須です。
最悪つけっぱなしで放置しても、火災の危険性はほぼありません。
※「ない」とは言い切りません。科学者の習性です。

火災の恐れがなくて良いと見るか、融通が利かないと見るかは判断の分かれる所でしょう。
なお、この1→2の併せ技は、スマホの非接触充電や、もっというと通信技術として広く使われてます。
ただ、3が主な狙いになるほどハイパワーなのは他にないかも。
話の都合、細かいところかなりごまかしているので、興味を持った人はぜひ、高校以降で詳しく学んでほしいところ!
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