物理の難所「螺旋運動」を完全攻略！3Dグラフで教科書の世界を飛び出そう（Grapher・Geogebra）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
物理の教科書に載っている「あの図」、頭の中で立体的に動かしてみたくありませんか？図面の上ではただのぐるぐる巻きの線に見える現象も、一歩外から眺めてみると、そこには驚くほど美しく、ダイナミックな宇宙のルールが隠されています。
今回は、特別な知識や高価なソフトは一切不要！Macに標準で入っている「隠れた名作アプリ」を使って、物理の難所である「螺旋運動」を攻略する方法をご紹介します。まずはこちらのサイトにて、螺旋運動のイメージを膨らませてください。
知る人ぞ知る、Macの最強ツール「Grapher」
3Dのグラフを作るには、複雑なプログラミングや専門的な解析ソフトが必要だと思っていませんか？実は、Macユーザーなら誰でも、最初から無料で使える強力なソフトが入っているんです。その名も、「Grapher（グラファー）」です。
残念ながらあまり認知度が高くないのですが、これを使えば数式を打ち込むだけで、あっという間に美しい3Dグラフが描けてしまいます。今回、このソフトを使って再現するのは、高校物理の電磁気学で登場する「荷電粒子の螺旋運動」です。一様な磁場の中に粒子が斜めに飛び込むと、磁場から「ローレンツ力」という不思議な力を受け、円を描きながら前進していきます。
実はこの運動、夜空を彩る「オーロラ」の仕組みとも深く関係しています。太陽から飛んできた電気を帯びた粒子が、地球の磁場に捕まり、螺旋を描きながら北極や南極へと導かれていく。その過程で大気と衝突して光るのがオーロラなのです。
しかし、この螺旋運動はテストでは受験生泣かせ。なぜなら、3次元の動きであるため、紙の上の図だけではイメージがわきにくいからです。そんな時こそ、3Dグラフの出番です！
数式だけで「動く物理」を作ってみよう
完成した様子がこちらです。グリグリと動く様子は圧巻ですよ。
Grapherの凄さは、数式をそのまま入力できる点です。今回の螺旋運動を支える「魔法の言葉」は、たったこれだけです。
これを打ち込んでクリックすると、あっという間に螺旋運動を描くことができます。
仕組みはとてもシンプル。x方向（進む方向）は一定の速度で動かし（x=0.2t）、yとz方向で「sinとcos」を組み合わせる。これだけで、前進しながら円を描く「螺旋」が完成します。数式を打ち込んでグラフを描けば、マウス一つで自由自在な視点から眺めることができます。
斜め方向から全体を俯瞰！
正面（x軸方向）から見れば、完璧な「円運動」！
横から見れば、一定のリズムで進む「sin曲線」！
上から見れば、一定のリズムで進む「cos曲線」！
無料のブラウザで動くアプリ「Geogebra」もおすすめです。GeogebraについてもGrapherと同様に数式を打ち込むだけで、描けるのでお絵かきソフトとしても優秀ですね。
こちらは他の先生がもっとわかりやすく作ったものですが、素晴らしいですね。
「charged particle in magnetic field」https://www.geogebra.org/m/afphxyqj
パラメーターも変えられるので、自分の見せやすいように設定した螺旋運動を、３Dなのでいろいろな方向から眺めることができます。
上から見ると…
いかがでしょうか。これは本当に見つけたときにびっくりしました。作ってくださってくれた方に感謝しかありません！数学や物理が本当にわかりやすくなるすばらしいアプリですね。いい時代になりました！
視点が変われば、理解が変わる
物理の問題を解くとき、もっとも大切なのは「多角的に見る」ことです。3Dグラフをくるくると回して、「どこで切り取って考えればいいのか」が視覚的にわかると、数式の意味がすとんと腑に落ちます。
物理学は「世界のルール」を解き明かす学問。そのルールをこんなに手軽に可視化できるGrapherを使わない手はありません。ぜひ皆さんも、数学の関数や物理の現象を3Dで描いて遊んでみてください。今まで白黒だった教科書の世界が、きっとカラーに変わりますよ！
お問い合わせ・ご依頼について
科学の不思議やおもしろさをもっと身近に！自宅でできる楽しい科学実験や、そのコツをわかりやすくまとめています。いろいろ検索してみてください！
・科学のネタ帳の内容が本になりました。詳しくはこちら
・運営者の桑子研についてはこちら
・各種ご依頼（執筆・講演・実験教室・TV監修・出演など）はこちら
・記事の更新情報はXで配信中！
科学のネタチャンネルでは実験動画を配信中！
４月のイチオシ実験！
- 光の魔法CMYウォーターキューブ：光の魔法を体験せよ！水を注ぐと新たな立方体が出現する魔法のような実験です。
テレビ番組・科学監修等のお知らせ
- 4月9日（木）「THE突破ファイル」（日本テレビ ）の科学監修を行いました。夜7時〜となります。
書籍のお知らせ
- サクセス15 ４月号にて、野球の科学について記事を執筆しました（2026/3）
- 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
講師・ショー・研究等のお知らせ
- 3/20（金） 日本理科教育学会オンライン全国大会2026「慣性の法則の概念形成を目指した探究的な学びの実践」について発表しました。
- 6/14（日） 千葉大学インスタレーション「探究」にて講師を務めます
- 7/18（土） 教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。
- 10/10（土） 秘密兵器「帯電ガン」が炸裂！ビリビリ！ドキドキ！静電気サイエンスショー＠千葉市科学フェスタ（午後予定）
- 各種SNS X(Twitter)／instagram／Facebook／BlueSky／Threads
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
- 物理の難所「螺旋運動」を完全攻略！3Dグラフで教科書の世界を飛び出そう（Grapher・Geogebra）
- 鏡の中の自分は「細胞」の集合体だった！綿棒一本で始めるミクロの探検隊（ほお（頬）の細胞の観察）
- 電子のダムが決壊する！？コンデンサーの充放電をリアルに体感できるおすすめサイト（高校物理 ＣＧ 動画 教材）
- 授業が変わる！サフラニン塩酸で手間なし・くっきり体細胞分裂観察ガイド！（サフラニン塩酸）
- 【科学監修】キッチンは実験室！静電気と毛細管現象で暮らしを楽しくする科学の知恵「教科書で習ったアレ」（テレビ朝日）
- リンゴの底に隠された「花の記憶」。イチゴとリンゴは「偽物」の仲間！？私たちが食べている部分の意外な正体
- 【科学監修】物理学でイチゴを攻略！フォーク一本でヘタがスポンと抜ける驚きの秘密「THE突破ファイル」（日本テレビ）
- 忍び寄る科学！？理科教師が教える「スニーカー」の語源と疲れない秘密（KARHU）
- 顕微鏡の中の小さな宇宙へ。ビオトープで出会える「動く芸術品」たちの観察ガイド（微生物の観察）
