横向き上向きの２つのセンサーを付けました。

　前の投稿で気体の圧力実験（粒子モデル）を紹介しましたが、次に「こんな疑問がわいてくるんじゃないかな～？」と考えがめぐって、次のような実験を考えてみました。
　それは何かというと「これまではセンサーを横にして測っていましたが、上下の壁ではどうなのか？」という疑問です。底と横の壁に同じ長さのセンサーを付けて、それらにぶつかる粒子の力の和を測定して確かめる実験です。

　センサーは、横向きを”青センサー”　上向きを”緑センサー”とします。どちらの長さも同じです。圧力は単位面積当たりの力ですから、この２次元の実験装置では”長さが同じ”ということが”圧力”の大小を比較する基本的な条件になります。

　〔リセット〕のボタンは、いつでも押せます。初期状態（長さ350温度1）に戻ります。
　粒子は常に動き回っています。プログラムが終わるまで動き続けます。

　上の図が初期状態ですが、下の長さのボタンと温度のボタンを押して、実験したい長さと温度にします。


　実験するときには、まず〔実験〕のボタンを押します。すると〔実験〕は〔準備中〕に変わって白くなります。その右側のボタンが押せるようになります。勿論、下の長さと温度のボタンも押せる状態です。


　では、一番右の〔手動〕ボタンを押してみましょう。

〔手動〕は〔ストップ〕に変わって計測が始まります。ボタンの色も白に変わります。粒子がセンサーで跳ね返ると”力の和”に表示されて数字が増えていきます。

　実験中は下の長さと温度のボタンは押せません。
　時計表示を見ながら〔ストップ〕を押すと測定が終わります。また〔準備中〕に戻ります。


　私も実験を何度もやってみましたが、温度が低かったり長さは長いと青と緑のセンサーの大小はかなりばらつきがありますが、温度を高くしたり、長さを短くしていくと同じ数字に近づいていきます。上向きと横向きの面の圧力は”同じ”ということが結論できるでしょう。

　実際のものがここにありますので、次の図をクリックすると開きます

どれでもボタンを押してみてください。決して壊れることはありません。わからなくなったら左上の〔リセット〕ボタンを押せば最初に戻ります。押すと画面や粒子の飛び方が変わってそれだけでも楽しいです。


気体の圧力実験③（粒子モデル）

「気体の圧力実験(粒子モデル)」ができました。

　粒子モデルの２つ目です。粒子モデルで理解を助けるのが「気体の圧力」の現象です。ここでは気体の分子などの粒子が壁にぶつかることによって力が生じることを「目」でとらえてほしいということです。さらに「粒子がぶつかる粒子の数」をかぞえることや、「粒子がぶつかるときの力を足し合わせる」ことによって、定量的な理解にまでつなげたいと考えて作りました。
　たくさんの皆さんに使っていただいて、ご意見がいただければと思っています。最後に実際に使える場を作りますので、覗いていただけたら嬉しいです。

　まずスクリーンショットの写真で紹介をします。

　開発したのは２つ「時間を決めて壁の面にぶつかる粒子の数をかぞえるもの」


　２つ目は「粒子がぶつかるときに壁の面を押す力を足し合わせるもの」


　ご覧の通り中央に箱があってその中を５０個の粒子が飛びまわっています。起動してから終了するまでズーと動き続けています。箱の右側の青色の壁がセンサーです。ここにぶつかる粒子の数をかぞえます。
　初期画面は温度は”１”、長さは３５０としています（最大値は700.最小値は50）。粒子モデルなので”単位”はありません。数字がその量を示しています。数字が２倍になると温度が２倍（温度は粒子の速さですから速さが２倍）になります。

　画面の下にあるボタンです。

　上の方が長さの数字を増減させるボタンです。”長さ”の左側が減少させるボタン、右側が増加させるボタンです。”希望する長さ”に１の精度で合わせることができます。押すたびに壁が動きます。
　下の連続した箱のようなものはボタンです。どこを押したかは上のインジケーターが点灯してわかります。数字は温度です。一般の温度とは違います。”１５”だから１５℃という理由（わけ）ではありません。温度は粒子の速さですから”温度１”の粒子の速さの１５倍が”温度１５”の速さという風に作っています。
　数字のところを押すと飛びまわっている粒子の”速さ”が変わります。

　希望する長さと温度が決まったら実験をします。

　上の方が初期状態のボタンです。
　まず、実験をしようとすると”実験ボタン”を押します。すると実験ボタンは色が白に変わって”準備中”という表示になります。
　この状態で、右側の”３０秒間”、”１分間”、”２分間”、”５分間”、”手動”　のボタンが押せる状態になっています。この状態でも下の長さや温度を変えるボタンは押して値を変えることができます。
　”１分間”のボタンを押すと、上図の下のような画面になります。”準備中”は”実験中”、”１分間”は白く変わります。右側の”粒子数”が粒子が青の壁にぶつかるたびに１ずつカウントされます。”時間(秒)”は押したときを0秒として６０秒となった時点で実験が終わります。そのとき、実験中は”準備中”に変わって、再度実験できる状態になります。”３０秒間””２分間””５分間”のボタンも同じ仕組みです。
　”手動”ボタンは押すと粒子数がカウントされて時計がスタートします。”手動”ボタンは白くなって”ストップ”という表示になります。時計を見ながら希望する時間に”ストップ”ボタンを押すと実験は終了して”準備中”となって再度実験できる状態になります。

　実験中の画面です。




　「粒子がぶつかる力とは？」という説明文を作っています。

　画面右の「力の和」は、この数字を足し合わせたものを表示します。

　下の図をクリックすると実際に使える画面が開きますので、良かったら”ポチッ”と押してください。

　粒子がズ〜と動いています。長さのボタンや温度のボタンを押してみてください。動きがおもしろいです。


粒子の数をかぞえるもの


壁を押す力を足し合わせるもの



　最後まで読んでいただきありがとうございました。まだ粒子モデルのシリーズは続きます。子どもたちの思考を考えると「疑問点」が出てきて新しいアイデアが浮かんできます。

　例えば別の面にもセンサーを付けてみよう。

中高学年４５６年クラブ活動「紙トンボづくり教室」の工夫

　先日小学校低学年紙トンボ教室を開きました。その時の反省を投稿の最後に掲載していますが、計画どおりにはいかず壊れるものが多くありました。原因は事前に子どもたちの遊びを想定して使ってみたんですが壊れなかったんです。「大丈夫」と思って実施しましたが、想定以上に遊んでくれて壊れてしまいました。①接着剤の強度不足②ノリの剥がれ でした。急遽剥がれを防止するために竹串の軸にゴム板を差し込んで抑えとしました。

　今回は４５６年の中高学年です。もっと激しく遊びます。そこで画用紙と竹串の接着部分に瞬間接着剤を加えて補強しました。当日も剝がれることがあったらすぐ治せるように瞬間接着剤を持参します。
　ノリの剥がれは、ゴムを刺して羽を抑えることにしました。ゴムを最初から竹串の軸に刺して提供します。

　他に低学年と違うところは、筒に短冊は２つだけ貼っておいて、あとの２つは自分で貼ってもらうようにしました。当然、その２つは自分で穴も空けなければいけません。作業量をぐっと増やしました。
　参加者が３０人と多いので作り方のプリントを作りました。最後に紹介しますのでご覧ください。

　まず作り方をわかり易く紹介します。
児童一人当たりに提供する材料です。あとノリとハサミが必要です。画鋲と竹串は私の方で「穴あけコーナー」を設けて準備します。


　筒に短冊を貼ります。

　貼るのは２枚ですが、次のABのどっちを貼るか”自分の手”と相談してやりやすい方を貼ってください。


　短冊を貼ったところが「羽」になりますが、その中心に軸をとおす穴を空けます。
　羽の価値は筒の曲面にありますから、つぶしたり折り曲げたりすることはできません。十分注意して穴を空けます。
　まず、小さな穴を画鋲（がびょう）で空けて、そこに竹串をとおして竹串のとおる穴を空けます。ゆっくり回しながら。指をそえて。



　筒から羽を切り取ります。そのとき曲げたり折ったりしないよう注意してください。
　まず羽４つを大まかに切り取ります。更に大まかに切って少しずつ小さくします。直接短冊をギリギリに切っていくと、曲げたり折れたりするなど切りにくいです。一回に切り込みが５ｍｍ以下になるよう少しずつ少しずつ切っていってください。

　ここで４つの羽が切り取れました。
　羽は高速で回転するので危険です。図④のように角（かど）を少し切り取ってください。

　軸に羽をノリで接着します。

　最後にゴムを刺して羽を押さえますが、接着して「すぐ遊ぶ」ための工夫です。遊んでる間にノリが乾いて接着します。
　これで紙トンボの完成です。

　最初に紹介した説明のプリントです。図をクリックするとダウンロードすることができます。



　9月１５日(金)最寄りの小学校のクラブ活動に行ってきました。日頃指導に当ってくれる先生は２人いるんですが、本日は事情があって一人だけでした。児童は一生懸命に取り組んでくれたのですが、作り方のプリントを読むことが難しいらしく細かなところが徹底しませんでした。ノリを付けないでゴムで押さえているだけ。穴空けや切り取りでは羽を平気で折り曲げてしまったりと不十分なところが多かったです。
　しかし、先日の反省から修正したところは完璧に直っていました。瞬間接着剤を持参しましたが、出番はありませんでした。

　最後に「先生、材料を分けてもらえませんか。」という児童がいました。弟たちに作ってあげたいということでした。余っていた２人分の材料を提供しました。
　また、窓の外から「先生、私にももらえませんか！」という生け花クラブの児童が声をかけてくれました。「いいよ、ちょっと待って」といって紙トンボを作ってあげました。お姉ちゃんが作って遊ぼうクラブで妹が生け花クラブでした。お姉ちゃんが”紙トンボ”をくれないので私に頼んだようでした。色々あります。



　最後まで読んでいただきありがとうございました。２学期も頑張ります。

低学年用「紙トンボ」を工夫しました。

　いよいよ二学期が始まり１１日（月）が最初の放課後子ども教室です。作るのは紙トンボです。紙トンボは竹串と紙の羽を強力に接着しなければならないので接着剤を使わなければいけません。そこで最初に工夫したのが「接着するばかりの状態で持って来てもらい指導者が接着剤で接着する。」というものです。しかし毎回私の指は接着剤で固まってしまいました。次の工夫は「事前に厚紙を竹串に接着したものを子どもたちに提供して、それに羽をノリでくっ付けてもらう。」というものでした。厚紙は固くノリを付けて湿らしても羽の局面にはすんなりくっつかないんです。そこでゴム板を刺して押さえつけていました。
　今回の工夫は「厚紙の代わりに画用紙を使いました。」これは大成功でした。画用紙はノリを付けると柔らかくなって平面でない羽の裏側にもピッタリくっ付きます。ゴム板の抑えはいりません。まだ湿っていてもすぐ遊べます。（５分ぐらいは「注意してください。」と指導します。）
　こんな風にします。




一日程度乾かします。


完成品です。


　もう一つの工夫は羽を作るときにトイレットペーパーの芯のようなものに紙(短冊（たんざく）)を貼りますが、柔らかい広告紙にしました。画用紙でも貼るとき筒の曲面になじめず、予め曲げ癖を付けて貼らなければいけませんでした。広告紙はそんな手間は一切ありません。裏にノリを付けると「しな～」となって筒の曲面に巻き付いていきます。
　実際はこんなものです。


こんな風に作ります。１枚の広告紙で７５枚の羽になる短冊が作れます。この大きさはA３とB4の間ですが、私の付近の広告紙はこのサイズのようです。


　今回は「低学年児童が４０分程度で作れるもの」ということで考えました。
実際に子どもたちに提供する材料を作っていきます。
　筒に短冊は貼って羽を作るものです。４枚を貼るために筒に基準となる線を引きます。その方法です。

　筒が円に見える方向から均等の間隔に４つの印を付けます。図では赤い点です。これを箱の端っこに寄せて置いて、赤い印のところから縁（ふち）に沿って線を引きます。４カ所です。

　引いたものがこれです。


　基準線に沿って短冊を貼っていきます。

　貼り方は図に書いていますがABのどちらでもいいです。今回は全部で４つですからAB２つずつです。
　注意・短冊には中心の印が付いていますが、付いている側を貼ってしまうと中心がわからなくなってしまいますから、そこと反対側の面にノリを塗って貼ってください。
　これができたものです。


　次は、竹串の回転軸に刺すための穴を空けます。空けるところは中心の印がつけてあります。

　まずは”画鋲(がびょう)”で小さな穴を空けます。次にその穴に竹串を刺して竹串サイズの大きな穴にします。

注意・グイグイ押し込んではダメです。良い羽にするには筒の湾曲(わんきょく)したところが大切です。それを壊さないようにして、筒の中に２本の指を入れて、押したとき筒が歪(ひず)まないように支えます。画鋲や竹串を刺すときはゆっくり回しながら小さな力で押していきます。指に針が刺さらないよう十分気を付けます。


ここで準備は”完了”です。
子ども一人に提供する材料です。ビニール袋に入れます。

４枚の短冊を貼った筒と回転軸の竹串４本です。

材料を出してみます。他にノリとハサミがあれば作れます。


　では、作っていきます。
１　筒を短冊ごとに４つに切り分けます。


２　その一つを取って羽にしていきます。

一番大切なのは筒の曲がりですから、無理に力を入れて切ったりしないよう少しずつ切っていきます。切り進むのも0.5ｃｍより大きくしないよう注意して切ります。まずは”荒く”切ってください。短冊に”近づいたら”小刻みに切り進んでください。最後は筒の曲がりを残したまま短冊を切り取ってください。それが”羽(はね)”です。４つとも切り取って４つの羽にします。

３　羽を回転軸の竹串に刺して固定します。
　３の１　画用紙の上の面にノリを付けます。


　３の２　羽の白い側の穴に回転軸の尖がりを差し入れます。充分大きな穴ですからすんなり入ります。


　３の３　画用紙に羽の裏側がピッタリくっつくように差し込みます。


　３の４　画用紙にはノリが付いているので、画用紙と羽を重ねて指で摘まんでくっ付けます。これで固定されます。

　ノリが乾いていなくても十分な接着力があって遊べますが、最初の５分ぐらいはちょっと力を抜いて”注意して！”遊んでください。

　３の５　これが完成品です。

　これまでのものは接着力が充分でなかったので小さく切ったゴム板を差し込んで押さえていましたが、それは必要ありません。
　良く遊べます。

　早速、子どもたちのいる放課後子ども教室に行きたい気持ちになってきました。
　「楽しんでやってくれるかな～」不安もありますが楽しみの方が大きいです。

　その後は小学校高学年のクラブ活動です。高学年（４５６年）ですから難しい作業、作業量も増やして計画します。

　最後まで読んでいただきありがとうございました。良かったら参考にして”遊んで”ください。学校支援もいいですよ。希望があれば支援します。　

9月11日（月）に実施してきました。子どもたちはヤル気満々で作ってくれました。さ〜遊びです。「飛んだー」と喜んで遊んでくれました。そこまでは良かったのですが、しばらくすると続々と「壊れた」と言ってきました。接着剤のはがれ、ノリの不接着が原因です。私も事前に紙トンボで遊んで壊れなかったのですが甘かったようです。子どもたちの遊び方をもっと検討して試す必要がありました。

　そこで上からゴム板を差し込んで抑えとしました。何とか修理をすることができました。

　次回は456年の高学年です。どう修正するか反省が必要です。

物質の三態変化粒子モデル（初めてのアニメーション）＋α

　永らく投稿ができませんでしたが、プログラミングで絵を描くことを勉強していました。JavaScript（ジャバスクリプト）のCanvas（キャンバス）という描画です。勉強していく中で「１秒間に数十枚の描画を置き替えることでアニメーションが作れる！」ということがわかりました。Basic（ベイシック）でプログラミングしていた４０年ほど前にはとても考えられなかったことができます。１枚の描画にたくさんの計算をして描いていますが、それを瞬時にやってしまいます。これまでのパソコンの進歩は驚くばかりです。

　これからまずスクリーンショットの写真で説明していきますが、スマホやパソコンで実際に使えるところを紹介しますので、後ほどぜひ使ってみてください。

　最初に作ったのが「アナログ時計」です。

　これはCanvasのアニメーションを学んで実践する登竜門、初心者が挑戦して力を確かめるもののようです。ということで私もチャレンジしました。

　パソコンはデジタルですが、その数字を拾って計算してアナログ時計に描画していきます。ｓｉｎやｃｏｓもπ（パイ）なんかも使って計算して外周の円にある目盛や時針分針秒針を描いています。それを２０分の１秒で描いて、消して、また描くということを繰り返すプログラムです。するとアナログ時計になります。
　だいたいのプログラムの仕組みがおわかりになったと思います。こういう仕組みを使って本命の粒子モデルにチャレンジすることにしました。これはもっと素速い動きなので50分の１秒としました。
　物質は温度を上げていくと固体・液体・気体と変化していきます。その境目には融点（ゆうてん）：とける温度・沸点（ふってん）：液体の中から気体が飛び出してくるところがあります。氷が解けたりやかんの水がボコボコ鳴り出したりして現象的にはわかりますが、実際ミクロな粒子の世界ではどんな動きをしているのかをアニメーションで示せそうです。
　まず作ったのが粒子の数を１００個と決めて固体内や液体内で温度によって粒子がどう変化していくか、また固体から液体へと変わる融点でどう変化していくかのアニメーションです。

　「物質の三態変化粒子モデル〈固体・液体〉プログラム」です。
固体の状態です。

　スクリーンショットですから動きは表現できませんが、実は細かくランダムな方向に振動しています。温度が高くなるとその振動の幅が大きくなっていきます。固体の状態は、振動する基準となる位置が動きません。固体の形が変わらないのはそういう理由です。

液体の状態です。

　位置がバラバラという感じです。温度が上がって振動の幅が大きくなっていくと隣り合う粒子の間が小さくなって反発し合って基準の場所から跳ね飛ばされてしまいます。するともう基準の場所には戻れません。１個跳ね飛ばされると次々にそんな粒子が増えていって全部の粒子が振動しながらランダムに移動していきます。これが液体です。さらに温度を上げていくと振動の大きさがもっともっと大きくなっていきます。こういう状況が見て取れます。

　ここまで来たら気体も観てみたいですね。しかし、気体では体積が急に大きくなるのでこのモデルでは表現できません。
　そこで粒子の数を２５個と決めて、その表現にチャレンジすることにしました。
　それがこれです。


　小さな容器を作っておいて、そこに２５個の粒子を入れて固体（上図）と液体（下図）の状態を表現します。液体の温度を上げていくと沸点の温度になりますと、充分に振動が大きくなった粒子から順に飛び出していきます。

　沸点になったばっかりの状態がこれです。

　７個の粒子が飛び出しています。その後、次々に飛び出していって全部飛び出したのが気体の状態です。

　これがパソコンの中では壁にぶつかりながらはね返り永遠に動き続けます。こういう粒子（分子原子）の世界（ミクロの世界）では減衰（げんすい）するということはありません。それも表現しています。「温度ってなに？」という質問にも答えになっていると思いますがいかがでしょう。

　最後ですが、できれば中学校理科や高校の物理の授業で使っていただけるよう活動もしていきたいと考えています。

　実物は次の画像をクリックしてもらえると見て使うことができますので、皆さんに広めていただければ嬉しいです。特に学校関係者への紹介をよろしくお願いします。

物質の三態変化粒子モデル固体液体アニメーションです。

　プログラムが開いたらきれいにならんだ粒子が小さく振動しています。下の温度目盛のどこを押してもその温度の動きを観ることができます。融点沸点を超えて温度を下げることはできません。右一番下の「全温度 低温→高温」ボタンを押してもおもしろいですよ。


物質の三態変化粒子モデル固体液体気体アニメーションです。

　プログラムが開いたら下の温度目盛を押してください。その温度の粒子の動きを観ることができます。融点沸点を越えて温度を下げることはできません。

　右下の「全温度 低→高」ボタンを押すと全温度変化を観ることができます。沸点融点のところは劇的に変化します。特に沸点の粒子の飛び出すところは開放された気分になります。


アナログ時計です。

　円を描いて60個のメモリを引いて、5メモリごとに太くして、30ごとにもっと太くして外枠を描きます。ここは一回だけ描くだけです。内側はパソコンやスマホの中にあるデジタル時計の数字(アナログ時計の下に表示されているのがその数字)を使って時針分針秒針を描いていきます。しばらく間をおいて消すのは円を描くだけです。これを20分の１秒ごとに繰り返すとこんなになめらかなアナログ時計となります。また、これを１秒毎にくり返すと「カクカク」とした一般の機械式時計の動きにくいなります。


　開発したプログラムを一括して掲載したホームページがあります。ぜひここもご覧ください。
〔関連ホームページhttp://hirakaretagakkou.web.fc2.com/siennpuroguramu.html〕

QRコードはこちらになります。他の人に紹介するとき使ってください。


　最後まで読んでいただきありがとうございました。
　２学期になりましたので、放課後子ども教室やクラブ活動が始まります。これから準備に取りかかります。まずは紙トンボです。