円は波へと形を変える？Scratchで描く、不思議で美しい「正弦波」の世界（物理・数学教材）

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

「円」と「波」。この2つの言葉を聞いて、みなさんはどんな形を思い浮かべますか？

一方はぐるぐると回る観覧車のような形、もう一方は海をゆらゆらと進む水の壁。一見すると全く別の生き物のように思えるこの2つですが、実は理科や数学の世界では、切っても切れない「双子」のような関係にあるのです。

今回は、この「ぐるぐる」がどうして「ゆらゆら」に変わるのか、その神秘的なつながりを直感的に理解できる自作のデジタル教材をご紹介します。物理や数学が少し苦手という方も、映像を見るだけで「なるほど！」と思えるはずですよ。

見出し３：ぐるぐるが「波」に変わる瞬間を可視化する

物理の授業で「円運動」や「正弦波」を言葉や数式だけで説明するのは、実はとても骨が折れる作業です。抽象的な概念は、頭の中だけで組み立てるのが難しいからですね。そこで私は、iPad版のScratchアプリであるピョンキーを使って、誰でも一目で仕組みがわかるシミュレーションを作成しました。

プロジェクターを使って黒板に映し出し、クラス全員で「今、このボールはどう動いている？」と議論することを前提に設計しています。授業の展開に合わせてゆっくり動かしたり、途中でリセットしたりといった調整も自由自在です。

円運動を横から「影」として見ると、そこには規則正しく上下する「単振動」の姿が現れます。まずは、その様子を捉えたこちらの動画をご覧ください。

最初は、ただボールが回っているだけの円運動に見えますが……

シミュレーション内の「明かりのスイッチ」を入れると、壁にその影が映し出されます。すると不思議なことに、円運動が上下の揺れへと姿を変えるのです。

画面上の黒の矢印は「速度」を、赤の矢印は「加速度」を示しています。ボタン一つで速度調整ができるため、「一番速くなるのはどこかな？」「動きが止まる瞬間はあるかな？」といった問いかけをしながら、じっくり観察できます。電子黒板を使えば、この動きの上に周期や角速度といった数値を直接書き込むこともでき、イメージがぐんぐん膨らみます。

ぜひ、みなさんもこちらから実際に触ってみてください。 https://scratch.mit.edu/projects/235282757

こちらはそれに付随した教材です。

変位（位置の変化）

速度

加速度

次に紹介するのが、円運動が綺麗な波の模様（正弦波）を描き出していく教材です。

こちらからご利用ください。

 

3色のボールが教える「動き」の正体

このシミュレーションでは、個性の違う3つのボールたちが役割分担をして「動き」の正体を教えてくれます。

オレンジ色のボール：左側で一定の速さで回り続ける「等速円運動」の担当です。全ての動きの源です。

緑色のボール：オレンジ色のボールの「高さ」だけを忠実に追いかけ、上下に揺れる「単振動」を見せます。まさに円運動の影ですね。

青色のボール：この上下の揺れに「時間の経過（横方向への移動）」を加えることで、美しい「正弦波（y-tグラフ）」を描き出します。

このように順を追って見ていくと、円運動と波が実は同じ現象を違う視点から見ているだけだということがスムーズに理解できます。物理学の深い扉を開く鍵になるだけでなく、数学の三角関数（サイン・コサイン）が何を表現しているのかを知る助けにもなるはずです。

この教材を作るまでには、多くの試行錯誤がありました。「どう命令を出せば、自分の理想とする自然な動きが得られるのか？」と悩み、コードを書き換える作業は、まるで粘土をこねて形を作るような感覚に似ています。

私の最終的なゴールは、私だけがこれを作るのではなく、生徒自身がプログラミングを通して物理現象を表現できるようになることです。

教科書の知識を覚えるだけでなく、自分で動きを組み立て、数値を調整し、現象を再現する。そうして自分の手で作り上げた知識こそが、一生忘れない本当の学びになります。まずは私自身がさらにScratchを使いこなし、みなさんと一緒に新しい学びの形を模索していきたいと思います。

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！

３月のイチオシ実験！

• 押し花を作ろう！：梅や桜の花の押し花を作ってみましょう。特別なケースに入れると、長く保存できて、しおりにもなります。

テレビ番組・科学監修等のお知らせ

• 「月曜から夜更かし」（日本テレビ）にて科学監修・出演しました。
• 2月27日放送予定「チコちゃんに叱られる」（NHK）の科学監修しました。

書籍のお知らせ

• 1/27 『見えない力と遊ぼう！電気・磁石・熱の実験』（工学社）を執筆しました。
• サクセス15 ２月号にて「浸透圧」に関する科学記事を執筆しました。
• 『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・その他お知らせ

• 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」について発表します。B会場 第３セッション： 学習指導・教材（中学校）③　11:20-12:20
• 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。