2005 Fiscal Year Annual Research Report

科学の発見を追体験する理科実験教材の研究-太陽系、分子運動、遠隔力を見る、測る

Research Project

Project/Area Number	17011001
Research Institution	Hokkaido University of Education
Principal Investigator	岡崎隆北海道教育大学, 教育学部札幌校, 教授 (20160666)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	平野雅宣北海道教育大学, 教育学部札幌校, 教授 (80002476) 高柳滋北海道教育大学, 教育学部札幌校, 教授 (50013529) 田口哲北海道教育大学, 教育学部札幌校, 助教授 (60281862)
Keywords	分子 / 表面張力 / 分子間力 / 金星太陽面通過 / 地球軌道半径 / 惑星の会合
Research Abstract	分子の実在を示す実験観察教材;これまでに、「ブラウン運動」、「水の断熱蒸発」の観察・計測を行う実験を検討し、分子運動の存在、エネルギーの担い手としての分子を示す教材実験として構成した。今回「液体の表面張力測定実験」を加え、分子間引力の存在を解説する教材実験として検討する。三つの実験を通じて「分子の実在」を多様な面から明らかにする理科実験教材とする。液体表面の振る舞いを支配する表面張力は、日常のさまざまな場面で見かける身近な現象であり初中等理科教育の題材とすることができる。電子天秤を用いた表面張力の簡易測定法が試みられており小中理科実験として実施することが可能である。表面張力が液体を構成する分子間引力の表面での表れであることを、その温度依存や液体の物性(粘性、沸点)との関わりから明らかにする測定実験として検討している。金星の太陽面通過現象;金星の太陽面通過はハレーによって、地球太陽間距離を決定する方法として提案され、世界規模で観測が取り組まれた経緯がある。この現象は8年、105.5年、121.5年の間隔で生ずるという不思議な周期性を持っている。これは、地球、金星の運動を等速円運動とみなし、公転周期が持つ特別な関係に注目することで理解することができる。金星の公転周期0.6152年は分数8/13に極めて近い値であり、これは地球と金星の公転周期がほぼ整数比13対8の関係にあることを示している。二つの等速円運動の回転周期が整数比であれば時間の経過とともにこれらは必ず同じ配置を繰り返す。地球、金星の場合8/5年の周期で会合が繰り返され、8年周期の金星太陽面通過をもたらす。整数比からの僅かなずれによって16年後の金星は太陽面の僅かに外を通過することになり、この僅かなずれが100年以上にわたって積み重ねられることによって金星は再び太陽面に戻ってくる。周期現象において、整数比、分数がこのような興味深い表れ方をすることに注目し、理科-算数を橋渡しする教材とすることができる。