鳴き砂を活用した物理教材の開発

鳴き砂を優れた理科教材として活用するには、単にミステリアスな天然記念物として捉えるのではなく、良質の人工鳴き砂を生成し、現象の再現性を高める必要がある。本年度は、物理的視点から鳴き砂を取り上げ、人工鳴き砂の再生条件を探り、鳴き砂を活用した物理実験学習教材の開発を行った。1. 鳴き砂の再生実験小型の卓上ロータリーシエーカーによる最適な洗浄条件を探った。人工鳴き砂になる珪砂(平均粒径0.4mm、石英100%)2kgを、水と一緒に3リットルポリビンに入れ、150rpmで1日2回水道水を入れ替えながら連続洗浄を行い、小型のシエーカーであっても連続洗浄700時間(1ヶ月)で標準的な鳴き砂になることが確認できた。2. 鳴き砂を使った物理実験教材の開発鳴き砂現象には、波動(音)、摩擦、共振、ダイラタンシーなどの物理概念の理解が必要である。鳴き砂を活用した物理概念の習得を目指し、粉体の物理の学習につなげるために、次の項目で実験教材を開発した。(1)鳴き砂を観察してみよう(2)摩擦角を測ってみよう(3)鳴き砂を鳴かせてみよう(4)かえるすなの音を調べてみよう(5)パイプを使って音を出してみよう(6)発音仮説に挑戦してみよう(7)鳴き砂を作ってみようここに提案した鳴き砂教材は、鳴き砂をテーマにした体験型学習施設「ヘリテージセンター琴引浜鳴き砂文化館」の体験コーナーなどで実践し、さらに改良・改善する必要がある。3. かえるすなと鳴き砂層のバネ的性質品質の良い人工鳴き砂で作られた科学玩具「かえるすな」の不思議な楽音のメカニズムを解析した。水中における発音実験を行い、砂層のバネ的性質を特徴付ける弾性率を求めた。「かえるすな」の音波のスペクトル分析から、発生する楽音は、空気柱の共振による定在波と、鳴き砂層を伝わる音波の共振による定在波が音源となり円筒容器を強制振動させていると推定した。この成果は現在学会誌に投稿中である。

鳴き砂を優れた理科教材として活用するには、単にミステリアスな天然記念物として捉えるのではなく、良質の人工鳴き砂を生成し、現象の再現性を高める必要がある。本年度は、物理的視点から鳴き砂を取り上げ、人工鳴き砂の再生条件を探り、鳴き砂を活用した物理実験学習教材の開発を行った。1. 鳴き砂の再生実験小型の卓上ロータリーシエーカーによる最適な洗浄条件を探った。人工鳴き砂になる珪砂(平均粒径0.4mm、石英100%)2kgを、水と一緒に3リットルポリビンに入れ、150rpmで1日2回水道水を入れ替えながら連続洗浄を行い、小型のシエーカーであっても連続洗浄700時間(1ヶ月)で標準的な鳴き砂になることが確認できた。2. 鳴き砂を使った物理実験教材の開発鳴き砂現象には、波動(音)、摩擦、共振、ダイラタンシーなどの物理概念の理解が必要である。鳴き砂を活用した物理概念の習得を目指し、粉体の物理の学習につなげるために、次の項目で実験教材を開発した。(1)鳴き砂を観察してみよう(2)摩擦角を測ってみよう(3)鳴き砂を鳴かせてみよう(4)かえるすなの音を調べてみよう(5)パイプを使って音を出してみよう(6)発音仮説に挑戦してみよう(7)鳴き砂を作ってみようここに提案した鳴き砂教材は、鳴き砂をテーマにした体験型学習施設「ヘリテージセンター琴引浜鳴き砂文化館」の体験コーナーなどで実践し、さらに改良・改善する必要がある。3. かえるすなと鳴き砂層のバネ的性質品質の良い人工鳴き砂で作られた科学玩具「かえるすな」の不思議な楽音のメカニズムを解析した。水中における発音実験を行い、砂層のバネ的性質を特徴付ける弾性率を求めた。「かえるすな」の音波のスペクトル分析から、発生する楽音は、空気柱の共振による定在波と、鳴き砂層を伝わる音波の共振による定在波が音源となり円筒容器を強制振動させていると推定した。この成果は現在学会誌に投稿中である。