理科

【夏休み質問】ヘリウムが満ちた部屋では音はどうなる?

個別指導の学習空間 千葉北総エリア 習志野藤崎・佐倉臼井教室の竹村です。

もう9月ですね!9月といえば…科学相談室ですね!!!(?)
…夏に上げ損なっただけなんてそんなことはないよ

こんな質問をいただきました!
Q:「ヘリウムを吸うと声が変な感じになる。では、ヘリウムで満たされた部屋では、音はどう聞こえる?」

そんなこと考えたことあります?これだからこの仕事は楽しいですよ!

A:一言で答えるなら、概ね変化なしでしょう。

色々な変化が起こり、起こる現象を全て想定しきるのが難しい質問ではあります。
こういう時は、似たような事例を考えてみましょう。
我々は通常、「空気」に囲まれて生活していますが、それがすべて別の流体に置き換わる体験をしたことがないかと。
え?ない??いやいや。
一つ心当たりがあります。多分、生徒さんでも、大半の人はあるんじゃないかと思います。
「水中」です。
流石に肺や耳の中までは置き換わりませんが、状況的にかなり近そうです。
水中で音ってどう聞こえますっけ?
え?聞いたことない??今度試してみて下さい。
距離感に大きな変化がありますが、音の高い低いは直接にはズレないです。
少なくとも、「たたいた時の音の変化」は、「ヘリウム吸引時の声色の変化」と比べるとかなり少ないはずです。

ここから高校レベルの知識も交えつつ。
距離感が変わるのは、媒質の音速が変わるためでしょう。水中の方が音速が早いです。
伝わる音の振動数は変化しません。物体の固有振動数(音源)にも、直接には影響しません。
このため、音を伝える媒質がヘリウムの場合も、既に鳴った音の高低は変化しないでしょう。
つまり、「どう聞こえる?」に関してだけ答えれば、「変化なし」です。

ただし、気柱の共鳴は大きく条件が変化します。空洞が鳴る場合ですね。
つまり、空洞が絡む場合、音自体が変化します。ヘリウム吸引時に声が変わるのは、声がこの空洞を鳴らすタイプの音の出し方だから、と解釈できます。
肺には空気を入れている水中では、そのため声の変化はほぼありません(そもそも声を出すのが非常に難しいですが…)。
しかし、ヘリウム充填下では、声は変化しっぱなしになりますね。
わかりやすいとこ、楽器は明暗が分かれます。管楽器など、共鳴が絡む場合は全て音が変化するはずです。打楽器・弦楽器は、直接には変化ないはずです。ただし、バイオリン、木琴など、打・弦でも、本体の空洞部による共鳴を利用している楽器は多く、本当にまったく変化しないという楽器は少なそうです。具体的に、ピアノはそんなに音変わらないけど、リコーダーは大幅に音が変わるなんて現象も予想されます。
オーケストラやったらすごいことになりそうですね。。
吹奏楽など、菅を使った楽器のみで編成して通常通り演奏すれば、変調した感じになる…?

生活音だと、机を叩く音や歩く音、時計の音は変わらなくても、換気扇の音や風の音、複雑なのだと、トイレの流した時の音も部分的に変わりそうです。とはいえ、この辺は現象自体が複雑でちょっと予想しきれませんね…だれか、機会があったら試してみて下さい!

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理科で読む「矛盾」⑤(グッドエンド?編)

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ここまでお付き合いいただき、ありがとうございます。最後です!
前回までのあらすじ…ではなく全文

前回、矛が勝つ!盾は負けた!という解釈をしましたが、あんまりにあんまりです。
今までの屁理屈をこねた時間は一体何だったのか!
愛が無さすぎる…!

ここからは元の文章を多少改変することになりますが、「どうなるの?」の質問に答えられるようにしましょう。
え?ここからもなにも既に改変しまくってる?そうかな?そうかも?

 


前回④の問題点と反省
・ちょっとたとえ話
テスト前、応用問で手が止まってる学生がいます。今にも問題を飛ばしそうです。そこで、「この応用問、テストで出たらどうするの?」って聞いてみましょう。彼は質問に誠実に答え「解けないので飛ばします」とか言います。ええ、苦手に向き合わない怠惰な学生ですよ。思った通りです。
相手を追い詰めたい言い負かしたい場面では、相手を悪くとらえたうえで、こういう答えをつぶす質問が有効です。
―いやね、彼は勤勉な奴なんです。だとしたら、そう信じて聞いてみましょう。例えば今回なら、「この応用問、テストで出ないの?」と。彼は、「これテスト範囲外なんで、出ないはずです」と答え、テスト範囲をよく把握して勉強している事を証明してくれるでしょう。思った通りですね!

・改めて本題
我々は商人を言い負かしたいわけではないんですよ。商人は嘘つきだと疑った時点でもう向かう方向を間違えてるんです。彼は嘘をつくような人じゃない、そう信じましょう?

こんなん精神論だと思います?―だとしても、結構結論変わるんですよ。

○やさしいせかいの話

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理科で読む「矛盾」④(バットエンド編)

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前略。矛盾、どうなるのか。→いままでのやつはこちら
ここまでの超意訳:


楚の国に盾と矛とを売る人がいた。
盾の売り文句は、
「我々の知る範囲の武器が、戦場で想定される使用法で振るわれた場合については、この盾は貫通されないよ。注意書きよく読んで使ってね!」
また、矛の売り文句は、
「この矛で貫通できない盾や鎧はないよ。貫き方はこちらの説明書に書いてあります!よく読んでね!!」
ある人が言った

「                                   」


なんだ「説明書」って、と思いましたか?私も思ったんですよ!気が合いますね。

ラスト一文!

●きびしいせかいの話
原文:「以子之矛、陥子之盾、何如。」
意訳①:「この矛で、この盾を貫くと、どうなるの?」
―これはバットエンド確定ルートです。
ここをこう解釈しちゃうと、どうなるもなにももう貫かれちゃってます。
盾の広告は景品表示法違反!(あってる?)商人側の敗訴!以上、閉廷!
…ええ、そりゃ「其人弗能應也(なにも答えられなかった)」ってなりますよね。

 

改めて、こちらの解釈では、「どうなるの?」の結論は

矛が盾を貫く(矛の勝利)

となります。めでたしめでたし。

確かに原文では矛でなんでも貫けるって言ってますので、この回答不可の質問が成立してしまいます。こんな致命打を許した商人には隙がありすぎ、この質問の存在に気が付いた「ある人」なかなかの鋭いねっていう話になります。
そもそも、「矛盾」自体が、「お前らのいうことは間違えている」っていうたとえで出された話らしいんで、話の意図としてはこの方向の解釈でいいんです。いいんですが。

―そうじゃないでしょ?我々が求めているものは。

次回「やさしいせかい」(ひっぱります。ゆるして)

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理科で読む「矛盾」③

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前略。矛盾、どうなるのか。
正直盾のほうの解釈を詳細にするだけで、もうなんとでもいえる気がしてきましたが、矛もじっくり読みましょう。
たった一行読むのにも、全力でやると結構手間暇かかりますね…!

原文:吾矛之利、於物無不陥也。
意訳:「この矛の鋭さは、突き通すことができないものがないほどだ。」

こちらも、文面は鋭さ(利と書いてあります)の自慢ですね。また、「陥」という語の解釈も前回と同じく。つまりは、「貫通する」まで言ってしまっていい気はします。そうなると、まさしく「貫通できない物がない」=「なんでも貫通できる」と書いてありますか…これはちょっと盾と比べてハードルが高くないか…?

サイズや材質に関してはこちらも言及がないため、どうとでもできます。真面目に考えるなら、この時代の中国で、「矛」と呼べるような範囲の形状・材質であるべきですが、「於物無不陥也」とか言っちゃってるので、極論針みたいな形状でもいいか?よくないか…

えー、各種条件の追加で何とかハードル下げましょう。なお、盾で出した「※戦場での使用を想定しています」の類は、対戦相手の指定にもはや必須です。さすがに城壁など石の壁を、「矛」で貫けとは言われないでしょう。「物」に関しては、「※盾または鎧相手を想定しています」くらいは許してほしい。
もうちょっというと、当時(※紀元前200年あたり)想定しうる盾や鎧に絞りたい。ちょろっと調べた限りでは、防具に使う金属は青銅がメインで、かつ数mmあるかどうかの薄さに見えます。中世ヨーロッパの騎士みたいな、「いのちだいじに」の思想はあんまりなさそうで、機動性度外視の全身ガッチガチの鎧は、少なくとも民兵レベルじゃ想定しなくて良さそう。革や木の防具は…なんとかなるでしょう(?)。なんですが、盾の方は鉄製のものがもう当時あったという記述も…時代的に鉄は発見されてますし、加工にも武器ほどの技術要らんですし、あっても不思議ないですよねぇ…ここまでは貫通できないとマズイか…?多分重いので、白兵戦には使われない気はしますが、攻城時や陣形組んで戦う時なんかは、片手じゃ扱えないような盾も有り得るし、そういう盾だと並大抵の方法じゃ貫通できませんが、対象外でいいかしら…詳しい方いらっしゃいましたら、時代考証お願いします。

一方で、盾の時にやった、使用法の指定はなしと解釈しましょう。「戦場での使用→突く動作をしたとき」に限ってしまうと、ちょっと盾側を強くしただけで、容易に「矛盾」してしまうでしょう。逆に、一日以上かけて、錐の要領で穴を空ける選択肢を持っておけば、大分ハードルを下げられそうです。それは矛じゃないんじゃなかってツッコミはもうナシで。

こっちはちょっと誇大広告な気はする

矛側の条件や情報はこんなところでしょうか。
・貫通できないものはない。なんでも貫通できる。
・サイズや材質の指定はない。
・ただし、貫く相手は鎧や盾を想定している。さすがに城壁相手は無理。
・ただし、貫く方法は指定していない。必ずしも「突き」で貫通するとは言っていない。

原文:吾矛之利、於物無不陥也。
超意訳:この矛は、貫通できない盾や鎧はないよ。どうやって貫くとは言ってないよ。

なんかもう結果が見えてきた気はしますが…次回「以子之矛、陥子之盾、何如。」
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理科で読む「矛盾」②

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・佐倉臼井教室の竹村です。

前略。矛盾、どうなるのか。
まずはそれぞれの記述から、条件や情報を引き出してみましょう。
※竹村は、古典というか語学の素人です。時々テキトーいうかもですが、ユルシテ。

盾の方から
原文:吾盾之堅、莫能陥也
意訳:「この盾の堅さは、突き通すことができるものがないほどだ。」

文面を見ると、盾の自慢ではなく、堅さの自慢ですね。また、書き下し文見比べて、「突き通す」と訳しましたが、原文では動詞のポジションに「陥」という語が使われてます。書き下すと「陥す(とおす)」となるものの、どうも現代の日本語にはない表現ですね。。漢字の意味的には「通す」とほぼ同義っぽいです。
さらに意訳すれば、これは「貫通する」まで言ってしまっていい気はします。そうなると、「貫通はできない(刺さらないとは言っていない)」と解釈しても許されそうです。堅さ自慢してますので、文脈的には「そもそも刺さらない」と思い込みがちですが、これだと「傷が付かない」と同義になり、さすがに厳しい。「硬い」とも言ってませんもんね。

また、盾のサイズに言及がないため、例えば通常想定される矛の穂先より分厚い盾(!)だとすれば、そうそう突き通せないかもしれません。重そう…

語学的な背景が絡むため、追及が難しいですが、この文、主語や目的語が結構省かれてます。そのため逆に、そこにも解釈の余地がありそうです。
常識的な範囲であっても、「※戦場での使用を想定しています」くらいは、やっていい気がします。例えば「突き通すことができるもの(=武器)が(私の知っている限り戦場には)ない」と読んで、「もの」の対象を(商人が想定している)武器に絞ってもいいかもしれません。この商人は21世紀の戦車砲の存在なんて考慮してないと思いますが、だとしても別に許せないことではないでしょう?

さらに言えば、戦場での使用が前提だとすれば、例えば1日かけて錐で穴を空けるなんてのは想定外としても許されると思います。貫く方法がないとまでは言っていませんし、この場合、貫ける錐が存在するといって、商人を嘘つき扱いしようとは思わないでしょう。

そもそも誇大広告って解釈については、話がそこで終わっちゃうのでナシ。

盾側の条件や情報はこんなところでしょうか。
・貫通されない。傷すらつかないとは言っていないし、刺さるかもしれない。
・すごく大きいかもしれない。特に、分厚いかもしれない。
・普通に突いて貫ける武器はないだろうけど、貫く方法がないとまでは言っていない。

原文:吾盾之堅、莫能陥也
超意訳:我々の知る範囲の武器が、戦場で想定される使用法で振るわれた場合については、この盾は貫通まではされないよ。

次は矛です。→理科で読む矛盾③
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理科で読む「矛盾」①

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・佐倉臼井教室の竹村です。

どうも、物理屋の竹村です。最近異動しました、佐倉の皆様、よろしくお願いいたします。
―今回からは古典で出てくる、とある文章の話をしようと思います(唐突)。
漢文自体にはノータッチ。まずは雑に意訳しますね。


楚の国に盾と矛とを売る人がいた。
売り文句は、
「この盾の堅さは、突き通すことができるものがないほどだ。」
また、矛の売り文句は、
「この矛の鋭さは、突き通すことができないものがないほどだ。」
ある人が言った
「この矛で、この盾を突いたらどうなるの?」
その人は、答えられなかった。


「矛盾」って話です。この故事自体、教科書に載っていることも多く、見たことある人いるかと思います。
ところでね、なんでわざわざ物理屋目線で古典なんか見てるかって、この「どうなるの?」ってのの答えを考えるの、大好きなんですよ。どうにかなるはずなんですよ。とはいえ、これだけでは情報や前提条件少なすぎて、計算も何もあったもんじゃない。いくつか視点や条件を変えながら考えてみたいと思います。

自然科学を通り一遍やると見えるようになる世界が、そうでない生徒諸兄にもなんかちょっとでも見えれば!
そんな偏屈はお前だけだとかイワナイデ

今日はそれだけ!つづき→理科で読む矛盾②
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理科の知識(猛暑対策)

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。

今年は特に暑いですね…!
体調管理の側面から、暑さ対策は受験対策としても重要です。
物理屋の暑さ対策をいくつかまとめて伝授したいと思います。
―寒さ対策のときのコピペここまで

寒さ対策の逆をやると、暑さ対策になるケースがあります。
既に試している対策があるなら、知識や用意を転用できてお得感ありますね!

○布団は…なしが一番涼しい?
布団の、熱の逃げにくいかけ方はあんまり転用…ってのはないですかね。
極論ナシが最高です。実はかけた方が涼しい!みたいな裏技は、物理視点ではなさそうです。
※熱いものの方が冷えるのが早いこともある?という噂は聞いたことあります。
私は暑いーとか言って布団剥いで半端にお腹を冷やすと、お腹を下してしまうので、布団を腹に巻き付けております。

○浴室の湿度を下げる
水遊びが気持ちいいのは、体表面に付いた水が蒸発するときの、熱を奪う現象によるところがあります。
水遊びは実際ちょっとやりにくいかもしれませんが、お風呂場にならより気軽に行けるでしょう。
浴室で涼しい思いをしたいなら、気温や水温の多少より、とにかく湿度が低いこと、ですね。
湿度が上がっていない浴室に入れる一番風呂は、この季節は貴重です。
二番以降はどうしても蒸しますね。一番ほどのさわやかさにはなりにくいです。
窓開放…は難があると思いますが、換気扇回しっぱなしにしておくと、少し良くなるはずです。

○脱衣所で体をふく
上記続き。脱衣所は湿度が外と同程度でしょうから、浴室内よりは低いはずです。
濡れた状態でより乾燥したところに行けば、冷えます=涼しいですね。
冷えすぎて寒いと感じる場合は、浴室内で体を拭けばOKです。

○クーラーは適温で
室温を下げる方法というのは、上げる方法に比べ非常に少ないです。
暖房と違いほとんど選択の余地がないため、あとは如何にうまくクーラーを利用するかです。
※扇風機では室温を下げることはできません。体温は下げられるかもしれませんが。
快適を目指すのであれば、室温は26℃程度がベストと聞きます。
勉強を含め、屋内で長時間活動する場合は、この程度の設定が良いのかなと思います。
ただ、涼しく「感じる」のが重要なのであれば、外気温より3~5℃も低くすれば事足ります。
30℃超えの場所から来た人には、28℃の設定でも十分に涼しいと感じられるでしょう。
むしろ、猛暑下の屋外に慣れている人には、26℃を下回るような冷房は寒いはずで、不調の原因にすらなりえます。
※というか、私がそうでした。電車とか教室とか寒すぎて…対策として夏でも上着用意してました。
また、低い室温に慣れれば慣れるほど、なおさら外が暑く感じるという悪循環も。
というわけで、下げすぎは本末転倒なこともあるので注意です!
冷房が体に悪い、ということではないですよ!念のため。
気温が30℃を大きく超えている状況では、使用はもはや前提条件です。適温が大事です!

7月が涼しかった分、比較的暑さには強い(鈍感なだけ?の)私も、例年ほど暑さ慣れできていない状態でこの猛暑。
連日、寝てても目が覚めるほどというのは初めてで、一晩中クーラー初デビューとなりました。
生徒の皆さんにも、体調管理に苦戦している人は少なくなさそうです。
例年なら夏休みなので、暑すぎる日は蕩けていてもよかったのですが、今年はもう学校も始まったところが多いですね。
使えるもの上手く使って、なんとか、体調崩さずに乗り切りましょう…!
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暑さ対策の科学

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。

…暑くなってきましたね!
感染対策で換気をやればやるほど、クーラーが利かない席が出てくるジレンマです。日が沈んだ後の教室ですら、今の時期からそんな状態ですから、夏本番7月8月の日中の学校暑さ対策との兼ね合いが大変そうですね…

ただ、個人的に気になるところ、汗を悪者扱いしていませんか?
この季節、汗かかなかったら致命的ですよ…!!
なぜ汗をかくのか、原理をちょこっと物理視点でかじっておきましょう。

結論から言いましょう。
液体が気体になるとき、周囲の熱を奪います=周囲の温度を下げます。
汗をかき、その汗が蒸発することで、体表面の温度が下げられるわけです。
この現象が人間の体温管理の仕組みとして組み込まれているのはなぜでしょう。(※個人的には、淘汰されずに残っている、という言い方がより近いです)
この現象は熱伝導と違い、「周囲の温度にかかわらず」狙った場所の温度を下げられます。周囲のものが体より熱くても機能するというのは強い利点です。クーラーや冷蔵庫にも、この現象が利用されています。この機会に原理を調べてみてはいかがでしょう?
…理科系は興味ない???OK,「フロンがなぜ使われていたか」だったら社会科系ですね!

エアコンはさておき、この現象の存在を抑えておけば、夏と暑さに関するいろいろな疑問に答えが見えます。
汗をかかないとどうなる?気温のほうが体温より高くなった時、体温がなかなか下げられなくなりますね。熱中症一直線です。冷房慣れしすぎて、暑いという感覚がなく、暑くても汗が出ないというのは非常に危ないです…!
日本の夏はなぜ暑い?湿度が高いため、汗が蒸発しにくいのが要因のようです。同気温でも、より乾燥していれば汗の蒸発がより進みやすく、体温が下げやすいです。
風はなぜ涼しい?気温のほうが体温より低い場合は、体表面の温まった空気を剥がす効果に依るところがありそうです。冬の風の冷たさはこれですね。が、気温が体温より多少高くなった場合でも、涼しく感じることがありますね。これは、体表面の(汗で)湿った空気を剥がし、汗の蒸発を進める効果が、より大きいためだと思われます。気温が体温より高い場合で、かつ湿度が非常に高い・汗をかいていない・気温と体温の差が非常に大きい場合などは、風が当たるほうが熱くなることもあり得ます。これは日常的にはまずない状況ですが、サウナの中なら試せるかも。

最後に微妙に関係のあるようなないようなオマケを。
アイスが溶けるのが早いのはどっち?
A 扇風機の風を当てる
B 風が当たらないようにする
夏休みの自由研究にでもどうぞ!

こわいものこわくないもの

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。

独り言書きながら調べものします。

さてさて、ウィルスウィルスと言いますが、そもそもウィルスって何ですっけ?
微生物の一種?いやそうでしたっけ。違うって高校で習った気はするな。
ああ、あった。書いてありますよ。
「細菌よりはるかに小型(中略)感染性の構造体をウィルスという」
…構造体!
モノによりますが、おおむね100nmレベルのサイズみたいですね。
よく紛らわしくなる細菌は1μmレベルのサイズですか。10倍~100倍程度の差かな。
我々の体内で勝手に増殖する(時に迷惑を被る)という点では、細菌もウィルスも似たようなもんですかね。
ただ、自力では増殖不可能という点で、ウィルスは生物の定義からはずれるようです。
なんか化学物質に近い気がしますね。生物自体、大元は化学物質なんて話は聞きますが。
対策としてはだから、抗生物質ではなくワクチン?
そもそもこの2つの違いってよく知らないですね…同じ部分も多そうですが、どうなんだろ

なんて色々見てると、いつの間に脱線しちゃうんですよね。それがまた楽しい。
そもそも怖いってのは、基本的に未知へのものへであって、完全に既知のものに怖いってあんまりないはずなんですよ(危ないはあるけれど)。
だとしたら、怖いへの対策は知ることです。
今は調べる手段には事欠きません。情報の真偽がわからない?調べればいいんです。調べたはいいけど、中身の情報が読み取れない?そりゃその分野の勉強不足ですね…じゃわからない部分をさらに調べましょう。わからないものがたくさんあったら、興味の向く順番にでOK!楽しんでやれてれば、きっといつの間にか詳しくなってますよ。未知の部分が残っても、何が未知かわかっていれば、怖い部分はだいぶ絞り込めるはず。コロナ、知るほどに危ないヤツだけど、これ自体の怖い部分はもう少ない。
…でもこの「状況」は読めなくて怖いです。。。
千葉の塾なら個別指導の学習空間

効率の悪い勉強法?

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。
2020年になりました!今年もよろしくお願いします。

年末年始で、いくつか映画見ました。
中身の話題にするとネタバレしそうなのでそこは置いといて。

映画は字幕です。字幕で見ましょう!
率直に言えば、私は英語の(文法の)勉強はあまり好きではないです。どうも面白味を感じられません。
でも、英語と日本語の表現の微妙な違いは結構興味があります。
単発の表現でもありますが、英語では同じ言葉の繰り返しなのに、日本語だと別の言葉で補っているケースもありますね。
そんなのを見ていると、単語や文節の「意味」が分かる気がして、それがなんとも個人的に面白いです。

この単語の「意味」というのは、単純な暗記や調べでは私にはなかなか見えてきません。
が、使われている場面があると、一気に理解が早くなります。
漫画やアニメで外国語を習得する人がいるというのも頷けます。

これの効率がいいかと言われると、テストの点数を取る目的では微妙でしょうね。
映画ではそもそも発音を知っている単語しか聞き取れません。
聞き取って、字幕と意味比べまでできるシーンは、私程度だとそう多くないです。話ガンガン進みましね。
1つの映画を映画として鑑賞する限りは、理解が深まるのは2~3単語(または1~2フレーズ)でしょうか。
2時間で2単語…生徒がこのペースで単語暗記やってたらちょっと注文が付きますね…
ただ、これで覚えなおした単語は、ほかの単語に比べかなり深くわかった気になれます(気のせいかもしれません!)
類似の他の語との比較も、説明聞いて納得しやすくなりますね。推測できるものも増えます。
これは座学ではなかなかたどり着けない境地だとも思ってます。
実際使ってるのみてこそ、ですね。

と、英語の話しましたが。してみましたが。
私は理科は常時この、実際に使われる様子を見て理解が深まっている状態なんですよ…
このシーンのこの現象はアレ関係してるなとか、このキャラの能力はこういう規則性があるに違いないとか…
もしかすると漫画やアニメで理科の勉強してますね。

このそもそも?の興味関心の差はいかんともしがたいです。
進路の話題の多い季節ですが、できることなら、興味関心を活かせますように…!