電磁気の理解の近道!電場・電位をグラフでイメージしよう

Macにするのか、Windowsにするのか?そんなことを迷うこともありますよね。でも「このソフトがあるから、変えられないんだよな~」というものが何か一つは教員ならあるかもしれません。例えば「スタディーエイド」があるから、Windowsから離れられないんだよな~とか。

そういったキラーソフトの1つが僕にとって見ると、MacのGrapherです。Windowsでも同じようなソフトが有料でありますが、Macを買うとこのGrapherが無料でついてきて、Grapherならではの操作性や見た目の美しさはなかなか他のソフトでは真似できないと思っています。

Grapherでは何ができるの?

電磁気を好きになるポイントは「場」についてイメージ・理解ができるかどうかにあると思います。電荷があることによって電気の場が変化して、他の電荷に影響を与えるという場をイメージするときに、例えば電荷があることによって大きな山ができたなどが意識できると、何が起こって他の電荷がどちらに動くのかなどが簡単に理解できるようになります。

ただし、電位を含めた立体的な様子を言葉で説明するのはなかなか難しく、何度説明をしても伝わらないということもよくあります。そんなときに活用できるのが、3Dについてもグラフ化できるGrapher(グラフソフト)です。数式で命令ができればなおさら、教師にとっては楽ですよね。

ぼくが使っているのは、Grapherというソフトです。Macに標準でついているソフトで、昔から活用しています。例えば、電荷1つをおいたときの電場の様子は数式で書くと、

これを入力すると、このような様子で描かれます。

さらにここからマウスでドラッグすることにより、360°、いろいろな方向から眺めることができたり、等高線をつけることができます。

負電荷の場合は、数式にマイナスを加えるだけです。

入力してボタンを押すと、

このことで、z-x平面できりとったときにどう見えるか、等電位面の様子はどのようになるのか?などもよくわかります。

これが一番生きるのが電場の合成です。例えばよくある正電荷と正電荷が少し離れて置かれている場合の電場の様子は次のようになります。

描いていると…

これなら、原点に電荷を置いた場合に、電場が0であり動かないという理由などもよくわかりますよね。

正電荷と負電荷をおくとこのようになります。

ポチッとな

ああ、面白い!Grapher最高です。もちろん二次元もお手のものです。例えば上のグラフをz-x平面できりとっていましょう。

これも数式を打ち込むだけです。

いかがでたでしょうか。GrapherがあるからMac!がわかったかもしれません。iPhoneにはなぜか入っていないのが残念です。ぜひiPhoneにもGrapher入れてほしいものですよね。

もしMacを触る機会がありましたら、Grapherを操作してみてください(^^)

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プロフィール

桑子 研
桑子 研(くわこけん) 1981年群馬県生まれ。サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など10冊。