【科学クイズ】ん!どれだろう?針金を切るのに適した道具はどれ?


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 道具にはそれぞれ適した形というものがあります。

 次の3つの道具、Aはさみ、Bニッパ、Cラジオペンチ、を使って針金を切ろうとしています。

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 小さな力でも切ることができる順番にA〜Cを並び替えると、どのようになりますか?次の選択肢ア〜の中から1つ選んでください。

ア A > B > C  イ B > C > A
ウ C > A > B  エ B > A > C

−−− 答えはこの下! −−−

昨日は「ダイコンを切ったら、どっちが重くなるのか?」について考えてみました。
大きな反響があったので、今日は今度は身近な道具について考えてみようと思います。

「テコの原理」おぼえていますか?

 問題を解く前にテコの原理について見てみましょう。

「てこの原理」については「力のモーメント」とセットで考えるとわかりやすいと思います。
支点から作用点までの距離Bと支点から力点までの距離A、
そしておもりの重さF1と人が押す力F2の関係は、次のように表されます。

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F1×A = F2×B

 これをテコの原理といいます。

このことから、加える力F1は、棒を使ってAやBの長さを調節することによって、
取り出す力F2を大きくしたり、小さくすることができるということになります。

 テコの原理は英語でレバレッジ。レバレッジと聞くと株の空売りを思い出す人も
いるかもしれません。

 空売りでは小さなお金で大きなお金を動かして、儲け(または損失)を得ることが
できるので、テコの原理、レバレッジをかけるというような表現をしています。

テコの原理とモーメント

 左辺や右辺は、回転軸を支点と見れば、「加える力×腕の長さ」となっており、
等式をみるとこれは「モーメントのつり合い」にほかなりません。

 このように小学校で学習する「テコの原理」は、
つまり高校で学習する「モーメントのつり合い」のことと同じことを示しています。

モーメントのつり合いについては、こちらに詳しく書きました

このように理科は小学校〜高校までスパイラル学習となっており、
いろいろなシーンで同じことを別の角度から捉えています。

 テコの原理を利用した道具を、私達は日常でよく利用しています。

この問題をとくためのポイントは支点と力点の距離、
支点と作用点の距離にあります。

テコの原理によれば、支点と力点の距離Aはできるだけ大きくして、
また支点と作用点の距離Bはできるだけ小さくすれば良いことがわかります。

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 ではそれぞれの道具のAやBを見てみましょう。

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ニッパ スクリーンショット 2013-12-08 13.49.58

ラジオペンチ スクリーンショット 2013-12-08 13.49.52

 このように比較すると、Aが長くBが短いのは

ニッパ → ラジオペンチ → ハサミ

の順番であることがわかります。よって答えは、イのB,C,Aとなります。

針金は固いので、ハサミではなかなかきることができないですし、
刃がかけるかもしれません(真似しないでください)。

ハサミは紙を切るものです。

ニッパは針金を切るのに適しています。

ラジオペンチは、基板に素子をつけるときなどの細かい作業で活躍します。

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つまりテコによる力の大きさの変化はあまり重要な要素ではなく、
ハンドルの幅を大きく、口の動きを小さくなるようにしておくことが大切。

ハンドルを動かした時の大きな変化が、口の小さな繊細で細かい動きに変換されるので、
壊れやすいものをそっと持ち上げたり、小さな作業をすることができるようになります。

道具は適材適所。何を相手にするのかを考えて使っていきたいですね。

 

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ダイコンをつりあいの位置で切るとどっちが重いのでしょうか?

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参考

高校物理復習帳にはその他の科学ネタについても盛り込みました。

 

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