分身の術？時間の流れを写し撮る「ストロボ写真」で科学と遊ぼう！
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
もしも、時間の流れを切り取って、一枚の写真に封じ込めることができたら…？ まるで忍者の分身の術のように、人やモノの動きの軌跡を一枚の絵にできたら、面白いと思いませんか。実はそれ、物理の法則を解き明かす、れっきとした科学の手法「ストロボ写真」なんです。
かつて、その魔法のような写真をスマートフォン一つで撮影できる「モーションショット」という素晴らしいアプリがありました。残念ながら現在は開発が終了し、ダウンロードできなくなってしまいましたが、このアプリは私たちに、物理現象がいかに面白く、そして美しさに満ちているかを教えてくれました。
今回は、このアプリを使って行った、物の動きの「なぜ？」に迫る、とっておきの授業をご紹介します。皆さんのご家庭でも、スマホのスロー撮影などを使えば、同じような発見があるかもしれませんよ。
スマホ1台で物理現象を「見える化」する実験
この授業の目的は、難しく思える物理の「運動」を、とにかくざっくりと、直感的に理解すること。教科書の数式だけではイメージしにくい現象を、生徒自身のスマートフォンで「見える化」してしまおうという試みです。
【実験のながれ】
- モーションショットの簡単な操作説明
- ボールを投げたり（水平投射、斜方投射）、落としたり（自由落下）、振り子を揺らしたり…身の回りの様々な運動を自由に撮影！
- 撮影した傑作をプロジェクターに映し、みんなで共有＆観察
たったこれだけです。特別な実験器具はほとんど使いません。生徒たちは夢中になって、普段は見過ごしている「動き」をカメラに収め始めました。そして撮れた写真が、こちらです。
水平投射が描く、美しい放物線
横に投げたボールが、重力に引かれて落ちていく様子です。ボールの間隔を見ると、横方向にはほぼ等間隔で進んでいるのに、縦方向には落ちるほどに間隔が広がっていく（＝加速している）のが一目瞭然ですね。これが、物理で習う「水平方向は等速直線運動、垂直方向は自由落下」という、２つの運動の合体した姿なのです。
だんだん速くなる等加速度運動
坂道を下る台車の運動です。写真に写った台車の間隔が、進むにつれてどんどん広がっています。これは、台車のスピードが一定の割合で増している証拠。「加速」という目に見えない概念が、くっきりと写し出されました。
波の不思議な性質、定常波
ロープなどを揺らすとできる波ですが、この写真では、全く動いていない点（節）と、大きく振動している点（腹）があるのがはっきりと分かります。これは、進む波と反射してくる波が重なり合って生まれる、とても面白い現象です。
エネルギーが移り変わる振り子の運動
振り子の写真を見ると、一番下を通過するときが最も像の間隔が広く（＝速く）、左右の端で間隔が詰まって（＝遅くなって）いるのがわかります。これは、位置エネルギーと運動エネルギーが互いに移り変わる、「エネルギー保存の法則」が形となって現れた姿なのです。
回転テーブルを横から見た様子。
ヨッシーのぬいぐるみが中央で早く、両端で止まっているのがわかる？
自由落下の様子
ばね振り子の様子
斜方投射の様子
水平投射の様子
摩擦面での物体の運動の様子
ボールのバウンドの様子
いかがでしたか？生徒たちに簡単な説明をしただけですが、科学の本質を捉えた素晴らしい写真がたくさん撮れました。もちろん、この授業は「楽しかったね」で終わりではありません。この後、例えば水平投射について、教科書の式を使ってボールの軌道を計算させ、自分たちが撮った写真と比べる、といった活動を行いました。理論と現実がピタリと一致する体験は、何よりの学びに繋がります。
アイデア一つで、身の回りのあらゆるものが科学の教材に変わる。本当に面白い時代になったものですね。
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