物理

理科の限界(光速で野球をしたら)

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
前略、 なんか振られました。その2

ええ、まだ私の気が済んでないです!もう少しお付き合いください。
ただ、結論から言います。もうこれは野球の話ではないですね。。

「音速とか光速で球を投げたら周辺への影響とかどうなんでしょうか」…?
前回は音速前後で考えてみましたが、これが光速となると全く別の事象になりそうです。
光速付近で動く物体の振る舞いは、小中高で習ってきた「速さ」の項に、光速である「毎秒3億m」を代入すれば出てくるというものではないのです。「みはじ」から始まる、現在の高校までの数学と理科で習う力学(物体の運動に関する内容)は、歴史的にはニュートンが400年位前にまとめたもので、古典力学と言われています。日常で使う分には十分すぎる精度があり(だからこそ、アインシュタインが特殊相対論を発表するまで、特に大きな修正や欠陥の指摘を受けず)、今でもこれを極めることには意義がありますが、光速付近では無力です。
空気抵抗のように、低速では無視していいほど小さいが、光速に近づくと無視できなくなる要素があり、そこの理解と計算は難しい!というイメージでもそうズレてないとは思います。結果として、光速付近での物体の運動は、普段の感覚からかけ離れたものになります。どうかけ離れるのか知りたい方は、私に直接聞きに来てください。あるいは、大学の物理学科で学びましょう!!

「光速で」ボールほどの質量の物体が動くことはその点で知る限り(ピッチャーの能力がどんなにチートでも)不可能なので、光速にとても近い速さで、と但し書きし、例によって、空中に突然その速度のボールが現れたかのように考えましょうか。
たいそうな前置きしましたが、空気中でそんなことをすると、ボールの運動はもはや問題になりません。
ここで空気の話。先述の衝撃波は、押しのけられた空気が大渋滞を起こす現象と理解することもできます。が、あくまで大渋滞です。超満員の電車の人達みたいなもので、異常に密集してますし、そのまま動けば下手なものはなぎ倒されますが、あくまで人は人のままです。衝撃波の状態になった空気の分子達も、たぶん似たような心境(?)です。
これが光速付近となると、イメージとしては、ボール(を構成する原子)にぶつかった空気の分子が、はじかれるのすら間に合わず、粉砕されつつ融合しはじめるのではなかろうかと。先ほどの例で行くと、新幹線の前方に、、、いや、R18な表現になりますねこれは、、想像にお任せします。
改めて、古典力学的な諸現象より、核融合が大きな現象となりそうです。核融合とは、物質を構成する原子の核同士がぶつかり、別の原子核に変わる現象です。光速付近かつ野球ボールほどの巨大な塊ともなると、電気的な反発を振り切って核同士が衝突することになるでしょう、それも次々と。この現象、実は太陽では日常的に起こっていますが、地球表面ではあまり見られません。核が変化するというのはエネルギー的に大変なことで、目に見えるレベルでこれをやると、大爆発を引き起こします。雑に言えば、太陽は核爆発を起こしまくってるわけですね。

―つまり、光速でボールを投げたら、その瞬間マウンド上で核爆発がおこるかと思います。
ボールがどこまで核反応するのか、最初の反応で残りは蒸発(あるいはプラズマ化?)するかちょっとわかりませんが、どのみちこのスピードでまともな形のものがまともな距離を進めるとは思えません―すごく早いのにね!。空中で消失するのでしょう。
これはストライク?いやボール??バッターが無事だとして、ボールは文字通り消えますからね。どのみち打てませんねこれは。。審判ー?無事だとして、「見えない」でしょうねぇ。。

エネルギーの規模と似た現象との比較から、半径数百メートル程度は一瞬のうちに更地になっても不思議ではないです。譲りに譲って、投球直前に選手全員が避難して無事爆発をやり過ごせるしても、スタジアムは消し飛びそうです。スタジアム(の設備)は最悪なくても試合…できるから…いいのか?いやだめでしょ。
そんな速さでボールを投げてはイケません。―って規則あるんですか?

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理科の限界(音速で野球をしたら)

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
前略、 なんか振られました。

野球でピッチャーが、「音速とか光速で球を投げたら周辺への影響とかどうなんでしょうか」…?
音速と光速でものすごく話が変わってきますし、一気に多くの現象が起きるので相互作用まではとても想定しきれませんが、思いつくとこからテキトーに考えてみましょうか。
めんどくさいので(!)、ピッチャーの身体能力や投球動作に関するところはノータッチ&ノープロブレムとし、空中に突如その速度のボールが現れたかのように考えてみましょうか。

まずは音速ちょい超えから。
とりあえず、音速超えた時点で、衝撃波(ソニックブームとも言いますね!)が発生します。これは、媒質中に、その媒質中の音速より早く動く物体が出た場合に生じる、伝わり切れなかった音が合流し、ものすごく密な空気の壁として伝わる現象です。隕石や飛行機などだと、発生させた衝撃波で地上の窓ガラスが割れる場合もあるそうで。とはいえ、銃弾なども音速超えますが、いちいち衝撃波の被害が出ている様子は聞きません。野球ボール程度の大きさ・形状の物体で、音速丁度くらいならば、そこまで致命的なものにはならないかな…?

音速は時速に直すと1200km/h程度です※主に気温により少し変化します。
通常のプロ野球では140km/h前後の球が飛び交ってるはずですから、10倍あるかないか程度の速さ。衝撃波がそこまで強烈でなければ、山勘で打つことはできそう…とか思いましたが、この速度帯、拳銃で撃つ弾丸の初速レベルです。拳銃の弾丸と比べ、野球のボールはかなり質量もありますよね…で、あのプロのバット、多分木製って縛りありますよね。普通に打っても折れることありますよねあれ。ボール側が音速帯だと当てた時点でバット折れるじゃないんかな。
運動量の差もだいぶあるので、普通のやり方では当てても前に飛ばない可能性があります。例えば、砲丸投げの球を木製バットで打ち返せるかって考えると…バットが砕け散るだけな気がしません?バットの強度の問題はクリアしたとして、そして芯でとらえたとして、持ってる手にも凄まじい力が要求されそうな気がします。この辺りはちょっと適当な数値がわからないので、すぐには計算できません。ユルシテ。

死球なんて食らったらもう、選手登録抹消で済むわけがなく、存在を抹消されかねません。先述のように、野球ドームでピッチャーが投げたものという前提がなければ、もうただの砲弾ですからね。下手なハンドガンより破壊力があります。むしろ、そんなものが来るとわかってたら逃げるほうが賢明だと思いますが…バッターって申告三振とかあるんですか…?バッターボックスから出たら野球にならんですよね?(音速の球投げてる時点で大概野球ではないです)。
なんて、どうにも被害を免れないのはキャッチャーでしょうか。繰り返しますが、冷静に見ればこれはただの砲弾です。少なくともハンドガン程度(!)なら余裕で受けきれる装備が必要です。キャッチャーの防具にその辺り規定あります?なければ、下手に構えずに一回防具(という名の対戦車装甲)で受けてからのボール回収はイケそうですが、キャッチャーミットと呼べるようなもので掴むのは腕持ってかれる&勢いで自分の胸部か顔面強打するんじゃないかなぁ…
キャッチャーがボール回収に手間取りそうなので、盗塁はわりとうまくいきそう。ホームスチールもあるんじゃなかろうか?
手間取ろうが何だろうが、キャッチャーが機能するとしたら、こんなピッチャー相手に四球以外でどうやって塁に出るかはわかりません。ルールの隅っこつつけば打たなくても出塁できるの?

で、こんな扱いを受けたボールが原型とどめてるとは考えにくいです。摩擦熱で燃え尽きる…まで行く気はしませんが、もう一回投げられるような状態でもなくなる気がします。
いちいちボール変えるんですかね?

いまぼーっと考えた限りだと、音速では絶妙に「100%無理」までいかない気がしますね。ピッチャーはもうそもそもなんでおいといて、キャッチャーが機能するならギリギリゲームできそう(できそう?)。
光速はまたそのうち。
ルール的な検証は詳しい人にお任せします!(
野球の事千葉の塾なら個別指導の学習空間

限界のその先(笑)

個別指導塾の学習空間、八千代大和田教室・鎌ヶ谷教室の川田です!

皆さんこんにちは!
久しぶりのブログです。

久しぶりといえば、先日友人と久しぶりにキャッチボールをしました。学生時代野球をやっていたわけではないので速い球を投げられるわけではないですが、楽しくキャッチボールできました!次の日肩と腕が…。歳ですね(笑)
キャッチボールしながらふと思ったのが、「やっぱりプロってすごいなぁ」でした。素人が投げる球と違い、球は速い・コントロールもびしっと。(当然ですね笑)狙ったところに140km、150kmで投げ込み、投手によっては160km以上の速度で投げますよね。同じ人間か?と疑いたくなります(笑)

そこで思ったのが、人間の限界って何kmなんでしょう。少し調べてみたら、177kmってのが出てきました。とんでもないですね…

さらに気になったのが、もっともっと速く、それこそ音速とか光速で球を投げたら周辺への影響とかどうなんでしょうか?もちろん、身体がぶっ壊れるとか、キャッチャーが取れないとかは気にしない方向で。これは…物理かな…?

てことで、教えて竹村せんせー

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理科の知見(火とは何か)

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
ダレですか二週間も前に「夏も終わり~」とか書いたの。まだまだ暑いですね…

今年は夏休みもロクになかったわけですが、キャンプだのライターだのと心躍るワードを目にして、理科の知識量がまだなくって、だからこそ色々試して考えてたあの頃を思い出しました。
自然科学的な面での思い出を今の知識で見直すと、またいろいろ発見がありますね!

ところで、四大元素とか五行説はご存じでしょうか。
今でこそそこは原子であり陽子中性子でありクォーツであるわけですが、昔は火水風土とか火水木金土とかですよ。
世界史目線では、人類を人類にしたもので、そしていま身近から消えつつあるもの。教科書に系統立てて載ってそうで載っていないアレです。
-火の話をしましょうか。

ただ、現時点でこれを真正面から語れるほど、知識と日本語がくっついてません。実例上げながらで。

○燃えると火がつくは少し違う
※良い子は、水を用意して、燃えたら困るものを手の届くとこから遠ざけてから火遊びしましょう。
例えば、生きた葉は燃やせますが、ライターやマッチのレベルの火では、なかなか火がつきません。
上手くやって火がついても、すぐ消えてしまいます。…どううまくやるかって?燃やしたいところの周辺を先に炙っておくんですよ。
火がつくというのは、燃えるの先にある一種の連鎖反応だと、感覚的に考えてます。
十分な「熱」により物は燃え、燃やしたことによって生じた熱が、周囲を燃やすほどに大きい場合、火という連鎖反応が起こるというイメージです。
水は燃えないうえ、燃やす場合にその周囲の水を排除する必要があり、しかも排除するのに多量の熱を必要とします。
また、小学校で習う通り、素早く燃やすには対象を空気(中の酸素)に触れさせる必要があります。そのため、空気に多く触れているものは、一気に燃えます。
キャンプ的には、乾燥した杉の枯れ葉とかイイですね。すごくよく燃えるので、大きな火をおこすときには重宝しますね。

○火が熱いのは上、あと横。だけど理由が違う!
火に触れたことありますか?ある?熱いですね。やけどしますね。
でも知らなかったので、やけどしかけながら試しました。どこがどうそんなに熱いでしょう。
火の真上には、目に見える火の数倍程度、非常に熱いエリアがあります。
逆に、条件次第では火が見えなくなる場合もあります。お盆で墓参りするとき、線香の火種にとまず紙に火をつける作業がありましたが、あのとき火が見えなくなることが多かったです。
熱いから火として見える、というわけではないみたいですね。見える火だけが熱いものだと思っていると、やけどします。
これはどうも、火によって加熱された、とても熱い空気のようです。
なぜ空気と思ったかって?それは、吹き飛ばすことができるからです。
これを利用した遊びとして、火に真横から手刀を振り切ると、やけどしない(見た目上火を「切れる」)というものがあります。
※やってみたい人は、実際やり方知っている人に一度実演してもらってください。失敗するとやけどします。また、狙いどころが下手だと燃えている物に手刀当てて惨事になります。

真上以外も熱いですが、これは小さな火では非常にわかりにくいです。大きな火(焚火以上)だと、かなり体感できます。
で、こちらは火ではなく、ただ単に熱いもの、焚火の炭や灰でも同じ現象があります。刺すような熱さです。
これ、特に顔に浴びると、真夏の日差しと同じ感じだなあと思ってましたが、実際同じでした。
また、この熱さは熱せられた空気によるものではありません。
(先述のように、空気はほとんどが火の前上に抜けていて、横にはすぐには来ないようです。火に灰を振りかけると非常によくわかります。げほげほ)。
熱い物体の放つ光によるもの、というと、すこしだけ語弊はありますが、イメージしやすいと思います。
光なので、板等で遮ることができます。実際、遮ると熱くないです。
団扇などでも十分遮る効果があるので、バーベキューの予定がある方は、試してみて下さい(来年はバーベキューいけるかなぁ…)。

と、要は、熱が熱を生む現象の激しいヤツが、火と。どうでしょう。
…OK、熱って何でしょうね?
続きはまた次回にしましょうか。
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【夏休み質問】暗黒物質って何?

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・西白井教室の竹村です。

こんな感じの質問が複数ありました!
Q:「ダークマターってなんですか?」

…教室に「ダークマターとダークエネルギー」って本をこれ見よがしに置いたのは内緒です。

A:正確なところはわかりません!
念のため言えば、「知りません」ではなく「わかりません」。
わからないあたりがダーク(暗黒)なマター(物質)なんですね。
この質問、私も高校生のころから疑問なんですが、まだ解明できていないようです。
ただ、最近調べたら当時よりわかっている部分が少し増えてましたね。
私なりにまとめます。

・宇宙中に存在する(と思われる)何かしらの物質である。
地球上にも存在するはずですが、なぜわからんのかというと…

・今のところあらゆる方法で観測不可。接触不可(?)。
見えるというのは、電磁波が出るか、反射吸収するかなのですが、それがないようです。
接触も多分不可能。触るって現象も、こういう世界では当然ではなかったりします。
そんな幽霊より幽霊してるモノがなぜ存在するといえるのか、なぜなら…

・存在しないとすると、宇宙の成り立ちが説明できない。
今わかっている物理法則と、観測した宇宙の様子を見比べると、つじつまが合わないようです。
その合わない部分を突き詰めていくとき、最も有力な説が、このダークマターの存在ということです。

そのつじつまを合わせるべく想定されたダークマターの姿は、書いたように、あるけど無いモノです。
我々の知る物質に干渉してくる要素が、「質量をもつ」の一点のみかもしれないようです。
そのうえ、地球上という規模では存在が薄すぎて、存在する証拠が見つけられていないと。
ただ、干渉できる以上、小さいとか微小だとかは「気合」でなんとかなるかもしれないようです。
似たような特性のニュートリノとか、ぶつかった瞬間を「気合」でとらえてますからね。
とにかく、今のところ実測できていないということです。
→「気合」と表現した部分は、カミオカンデの仕組みを調べてみてください。
私にはあれは気合としか表現できません。あれほんとうにすごい(語彙力不足)。

本当はもう少しわかっている部分があるのです。
ただ、文章量的にも私の理解・説明力的にも今はここまでです。
物足りないと思った方、まずは昔わかってた物理法則をマスターしてください。何ならそこまではお手伝いします。
したら、勢いで今わかってる物理法則をマスターして、私の代わりにこの正体を探ってきてくださいな!
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【夏休み質問】万有引力の大きさ

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・西白井教室の竹村です。

こんな質問をいただきました!
Q:「重力は質量が重いほど大きいと聞きます。体重が重い人はその分、人を惹き付ける力が強いはず!!!」

質問…?

A:重力→万有引力と修正したうえで。
確かに、万有引力は質量が大きいほど大きくなります。
惹き付ける…はわかりませんが、引き付ける力もつまり、大きくなりますね。
どの程度でしょうか

以下、ひと段落読み飛ばしてもいいです
万有引力はF=GmM/r^2で計算できます(数式エディタとか使えないので表記ユルシテ)
今回の状況では、
万有引力定数G=6.67×10^-11[Nm^2/kg^2] ※とても小さな値です
対象の質量はm=50[kg]としましょうか。中3男子なら大体このくらいでしょう。
自身の質量はM=50[kg]or100[kg]で比較しましょう。私は四捨五入で50kgくらいです。
二物体間の距離は計算しやすくr=1[m]とします。質点間の距離なので、肌と肌の距離はもう少し近いです。隣について指導してると、この程度の距離でしょう。

この前提で電卓叩くと、
50kgの人の、相手に及ぼす万有引力の大きさは約0.00000017N
100kgの人の、相手に及ぼす万有引力の大きさは約0.00000034N
です。単純に、100kgの人は50kgの人の2倍の引き付ける力を発揮しますね!
ところで、0.00000017Nがどの程度かというと、約0.000000017kgの重さ相当、このうっとおしい0の山を単位に収めると、約17μg(マイクログラム)となります。「見えるか見えないか程度の砂粒1粒レベルの重さ」と同等の引き付け力の差ですね!

まるで効果ないです痩せましょう
惹き付ける力が強いのかという質問?の答えに関しては…えー、数値だけで測れないところもありますよね!わかりません!
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学習空間科学相談室?

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・西白井教室の竹村です。

もうほぼ夏休みですね。
夏休みといえば、小学生くらいの頃、ラジオで夏休みこども科学電話相談室?的なのをよく聞いたものです。

質問は大体一言ですが、相談者の理解のレベルに応じて、回答は真面目過ぎて理解しきれないものから、だいぶ誤魔化しが入ったものまでありました。
もっと簡単に出来ぬものかとか、もっと詳しくとか、今の自分には理解できぬとか、そんなこと思いながら聞いてた記憶があります。

思えば、私が物理がやりたいと思った源流の1つは、そこにある気もします。
身近な疑問に対して解答できるか、という観点では、物理の守備範囲はなかなかのものです。
上は宇宙に気象、下は素粒子に深海、だいたい全部物理ですね。
今や、当時の疑問の大半に、何かしらの答えが出せますよ!(深まっただけのもありますが)

そういうことで
夏休み中、生徒の理科に関する質問を受けます!
※実は先生・保護者の疑問なんだけど?構いませんよ!
応募は直接でもlineでもここのコメント欄でもなんでも結構。
私の知識の限りお答えさせていただきます。
モノによってはこちらで内容と回答を報告したいと思います。
もしかしたら自由研究のヒントになるかもしれませんね…!

物理について思うこと

個別指導塾の学習空間、八千代台・鎌ヶ谷教室の内野です!

早速、私が物理について思うことを書きたいと思います!
その前に、みなさんお待ちかねのGWの釣果を発表したいと思います!

ニジマスたくさん、シリヤケイカ、コウイカそしてシーバス(シーバスは次回までにでかいの釣ってに載せます!)と有意義なGWを過ごすことができました!笑
6月の中旬にもう1度イカを狙いに行くつもりです!!!!!!!

少し脱線しましたが、気を取り直していきます。高校で物理を履修していない私が高校時代に物理について思っていたことは、
➀計算が大変。
➁とにかく公式が多い。
➂テストは難しいけど、単位は取れてしまう。
➀について
私は難解な計算や問題に対して出来たときの達成感をあまり感じませんでした。物理がとっつきにくい教科と思わせる大きな要因でした。何より計算がメインの理科、中学理科でいうと、電流、オームの法則、磁界等が集まった物理を好きになる理由がありませんでした。(理科一分野は苦手でした。)
➁について
なにか新しい章に入るたびに「公式」がでてくる。新たに公式を覚えるほど苦痛なことはありませんでした。公式を覚えただけでは問題が解けないことは、文系の私にとって物理は複雑怪奇なものでした。
➂について
私が通っていた高校では、物理の平均点が赤点に限りなく近かったことを覚えています。では、みんな留年?と思うかもしれませんが、誰1人留年する人、単位を落とす人はいませんでした。それは、赤点の人への救済措置があったからです。私自身、文系クラスだったというのもあってどのような課題がでたかは知りませんが、みんな進級できていました。私は物理は赤点取っても単位が取れるイージーな教科という認識がありました。笑
と、ネガティブなことばかり書いてしまいましたが、上記が高校時代に私が物理について思っていたことです。
しかし、今の私が1番興味があり、役に立つと思うのが、高校時代に毛嫌いしていた物理です。
当時は物理に興味をもちませんでした。しかし、今みてみるとおもしろいことばかり出てきます。例えば、大砲の角度がわかればどのくらい飛ぶのかがわかったり、釣りやスキー・スノボー、運転時によく用いられる偏光サングラスの偏光についても物理で学ぶことができます。偏光サングラスがほしい私にとっては、興味しかありません!
生徒たちからよく聞かれることがあります。「大人になって1番役に立つ教科はなんですか?」その答えは、物理なのかもしれません。物理は日常のなぜ?を解明してくれる凄い分野です。今は物理のスペシャリスト竹村先生がいらっしゃるので頼ってばかりですが、近い未来、私は胸を張って物理もできるスーパーな講師になるため現在進行形で成長しています!笑

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今年度役に立った参考書とか問題集とか

個別指導の学習空間、佐倉臼井教室の小西です。

・現代文
『全レベル問題集④,⑤』梅澤 眞由起
『現代文標準問題精講』神田邦彦
『決める!センター現代文』船口明

・古文
『古文上達 基礎編』仲光雄
『古文の読み方&解き方が面白いほど身につく本』岡本梨奈

・英語
『解体英熟語』風早 寛
『英語長文がロジカルに読める読める本』横山雅彦
『英語長文がロジカルに読める読める本 客観問題編』横山雅彦
『LINKAGE』戸澤 全崇
『早慶突破の英単語・熟語』戸澤 全崇
『クイズでマスターするGSL基本英単語2000』日向 清人
『イチから鍛える英語長文』シリーズ 内川 貴司、 武藤 一也
『これが入試に出る!英文法・語法問題ベスト400』戸澤 全崇
『得点力を高める 標準問題 特訓リーディング』戸澤 全崇
『難関大のための 上級問題 特訓リーディング』肘井学

・数学
『イチから鍛える数学演習』シリーズ 矢加部淳、 山之内聖拡
『1対1対応の演習』シリーズ 東京出版

・物理
『物理(物理基礎・物理)基礎問題精講』大川 保博、 宇都 史訓
『らくらくマスター 物理基礎・物理』河合塾
『良問の風物理頻出・標準入試問題集』浜島 清利
『物理教室』河合塾
『短期攻略センター物理基礎』溝口 真己

・化学
『化学重要問題集 2018―化学基礎・化学』数研出版
『化学の新研究』卜部 吉庸

・生物
『生物合格77講【完全版】』田部 眞哉

・地学
『センター地学基礎―短期攻略』小野 雄一
『きめる!センター地学基礎』田島一成 (著), 岡口雅子 (監修)
『解決! センター 地学基礎[新装版]』増田哲雄

・日本史
山川の教科書
『詳説日本史』山川
『HISTORIA[ヒストリア] 日本史精選問題集』佐藤四郎、 舩倉淳
『日本史単語の10秒暗記 ENGRAM2200』井之上勇、 野島博之

・センター関連
実践問題集(河合,東進,駿台の全教科)

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センター試験塾生平均点

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.

センター試験の塾生平均点が出ました.
※1人しか受験していない教科もあります
※国語は古典が必要ない生徒もいますので,割合で出しています

英語 131
リスニング 23
国語 66%
数学IA 73
数学ⅡB 64
物理 70
化学 66
生物 73
物理基礎 47
地学基礎 47
倫理政経 74
世界史 50
日本史 91

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