大阪市立科学館研究報告 22, 75-76 (2012) サイエンスショー「ロケットのドキドキ実験」実施報告 斎 藤 吉 彦 ＊ 概 要 「ロケットのドキドキ実験 」は、ロケットの推 進力が爆風による反 作 用であることを実感 させるサイエンスシ ョーで、2011 年 3 月 から 5 月まで大阪 市立 科学 館で公開 された。2003 年に「ロケットのひみつ」が実施し れているが、本サイエンスショーは、これをよりダイナミックに、そして確 実なものに改良 されたものである。 １．はじめに されていることを写 真 で紹 介 。水 の放 出 の反 作 用 ロケットは老 若 男 女を問わず多 くの市 民が興味を持 で飛ぶことを導入する。 っているが、ロケットの推 進力が爆 風の反 作 用 であるこ とを知 る人 は少 ない。そこで、ロケットの推 進 力 をテー マにサイエンスショーを企 画した。様々な現 象を楽しむ うちに、ニュートンの 3 法則でロケットの原理が理解でき ることを目標とした。本サイエンスショーは 2011 年 3 月 から 5 月まで大阪市立科 学館で実演 された 1 。 なお、このサイエンスショーは、2003 年に実施したサ イエンスショー「ロケットのひみつ」 2 を、よりダイナミック で確実な実演としたもので、ニュートンの 3 法則 を理解 する実 演 をより多 く行うために、前 回のものから歴 史 的 な逸話を割愛 した。 本稿では、2 章で演示の概要を、3 章で考察を与え ２-２．気体の放出による推進 る。詳 しくは動 画 を公 開 しているので、それをご覧 いた フィルムケースの推 進 力は水 の放 出 であるが、気 体 1 だきたい 。 の放出でも推進力が得られることを紹介。 ① ロケット風 船 。風 船 が空 気 を放 出 する反 作 用 で飛 ２．演示 ぶ。 ② ブロワー列車 3 。ブロワーの空気の放出で、人を乗 演 示 は、作 用 反 作 用 、気 体 の放 出 による推 進 、水 素爆発、ロケット実験、原理のまとめ、の 6 部で構成さ せた椅子がレール上を推進する。 れる。それぞれを以下に示す。 ２-３．水素爆発 ２-１．作用反作用 ロケットの推 進 力 は水 素 爆 発 による爆 風 であることを ① フィルムケースの中 で入 浴 剤 を発 泡 させその圧力 紹介し、実際に水素爆 発による爆風を観察する。 で蓋 が開 きフィルムケースが飛 び上 がる（フィルム ① 水 素 のシャボン玉 。空 気 中 で水 素のシャボン玉に ケースロケット）のを観 察 する。かえるのおもちゃを 着火し、水素が燃焼 ガスであることを確認。 使い、床をけって飛ぶことを強調する。 ② 水 素 爆 鳴 気 。水 素 と酸 素 との混 合 ガスをパイプに ② 床 におかずに、フィルムケースを宙 吊 りにしても飛 注入し、着火 する。爆 音とともに爆 風がパイプの端 び上がることを観 察。蓋が開いた瞬 間に水が放出 から噴出するのを確認する。 ２-３．ロケット実験 * 実際に爆風で飛び上がるものを 3 例紹介する。 大阪 市 立 科学 館 学 芸 課 saito[atmark]sci-museum.jp ① 空 き缶 ロケット。空 き缶に水 素 入 れ、空 気と混 合さ -1- 斎藤 吉彦 せる。着 火 すると爆 発 し、蓋にあけた小 さな穴 から 反作用であること 出る爆風で空き缶が飛び上がる。 ② 宇 宙 空 間 を飛 び 続 けるのは、爆 風 でなく、 慣 性 であること ③ 再 び地 球へ戻る制 御は、運 動の法則による計算 によって適度な爆風で加速を得 ていること ３．まとめ 2003 年に実施した「ロケットのひみつ」からの変更点 について評価する。 ① フィルムケースロケット。水 を噴 出 する瞬 間 の写 真 を見 せることを追 加 し、さらに再 度 観 察による確認 を行 った。このことで、作 用 反 作 用 が相 当 納 得 で きるものになったと思われる。 ② 水 素 爆 鳴 気 。前 回は演 示 中に水 の電 気 分 解によ り直 接 パイプに爆 鳴 気 を注 入 していたが 7 、安 定し て爆 発 させることが困 難 であった。今 回 は注 射 器 4 ② マッチロケット。NASA が公開 しているものを改良 。 マッチ数 本 を束 ね、頭 薬 部 分 をアルミホイルで包 にあらかじめ水素 ガスと酸 素ガスとを適量 準備して おいたので、成功率が極めて高くなった。 む。アルミホイルの上 から頭 薬 部 分 を加 熱すると、 ③ アルコール・ペットボトルロケット。前 回 は燃 料 をウ 発火し燃焼 ガスを噴出 してマッチが飛ぶ 5 。 ィスキーとしたが、今 回 はエタノールを採 用 したの 6 ③ アルコール・ペットボトルロケット 。ペットボトルにア で、迫力が極めて大きくなった。 ルコールを噴 霧 して着 火する。ペットボトル内 で爆 ④ ニュートンの３法則の紹 介。単にまとめとしてこれを 発 が起 こり、爆 風 が蓋の小 穴 から噴 出 し、ペットボ 紹 介 してもほとんど聞 いてもらえない。そこで、クイ トルが勢いよく飛び上がる。 ズに正 解 すれば再 度 アルコールロケットの実 演 を することにして、クイズのヒントとしてニュートンの３ 法則 を紹 介した。今 回は真剣に聞いていただけた ようである。これもアルコールロケットの強 烈 な効 果 であろう。 迫力ある実演でも、現 象を見た後の単 調な説 明は聞 いてもらえない。そのような展 開 では、聴 衆 は迫力 ある 現 象 を楽 しむだけで、アミューズメント施 設 での体 験 と 同 様 である。それは思 考 を伴 う体 験 ではない。著 者 は ２-４．原理のまとめ 常 に現 象 を予 想 させながら、それも正 解 を聴 衆が自 ら ニュートンの 3 法則をロケットの原 理を通 じて紹 介す 演 繹 できるように心 がけている。今 回 もそのような展 開 る。 をしたつもりである。動 画 を公 開 しているのでご批 評 い ただけると幸いである 1 。 ① ロケット推 進力はこれまでの実 験で紹 介した作 用 1 2 3 4 5 6 7 http://www.sci-museum.kita.osaka.jp/~saito/sshow/rocket2.htm 斎藤吉彦, 大阪市 立科学館 研究報告 14,159-162(2004) http://www.sci-museum.kita.osaka.jp/~saito/sshow/ 愛知・岐阜・三重物理サークル：いきいき物理 わくわく実験２,日本評論社 http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/rocket/TRCRocket/match_rocket.html http://youtu.be/t77uFLF7c_A 海老崎功：http://web.kyoto-inet.or.jp/people/ebisan/c2h5oh.htm 小野昌弘：大 阪市立科 学館研究 報告 8,77-80(1998) -2-
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