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共振振り子



−君も魔術師になろう−



執筆者：函館市東山小学校（函館市小学校理科研究会所属）　宗像英明先生



先生からひとこと:
　花や山が好き、なにより自然が大好き。自然のことがくわしくな ると、石を見ても、空を見上げても、何をしてもみんな楽しくなる よ。今日はちょっとしたことにも不思議な秘密があることを知って 楽しくなってね。

なんの実験かな？

振り子が１往復するのにかかる時間は、ふれる幅が広くても狭くても同じ時間だってこと知ってましたか？振り子に使うおもりの重さが軽くても重くてもやっぱり１往復にかかる時間は同じですよね。このことはだれが発見したのだったでしょう。１往復の時間はつり下げている糸の長さで決まるのでしたよね。ところで糸にぶら下げたおもりを手でふるとブランコのようにゆれますが、１本の棒に長さの違う３つの振り子をつけてわずかに振動させたら、振り子はどのようにゆれるでしょうか。


用意するもの

・30p程度の棒（余り太くないものがよい）
・ 木綿糸　・おもり（乾電池）　・輪ゴム


やり方

１．長さの違う３種類のひもでおもりの乾電池
　　を結びます。先に乾電池に輪ゴムを巻き付
　　けそれから糸を通すと調節がしやすくなり
　　ます。




２．糸を下の図のように棒に結びつけて完成で
　　す。このとき、左右のひものバランスが同
　　じになることと、乾電池がぶつからないよ
　　うに幅をとることがポイントです。




３．棒の両はしを手に持って一度おもりの動き
　　を静止させます。その後、ブランコのよう
　　な感じでわずかにゆらしていくと振り子は
　　振れだします。このとき、手が動いている
　　と見ている人にもわからないくらいの微妙
　　さでやることが大切です。さて、どんな振
　　れ方をするでしょうか。考えられる振れ方
　　してはどんなものがあるでしょう。

　１．Ａ、Ｂ、Ｃの振り子とも同じ方向にゆれる
　２．Ａ、Ｂ、Ｃの振り子ともばらばらにゆれる
　３．ゆれるものとゆれないものがある


　　ではさっそく試してみましょう。


不思議はどこだ

　・あら不思議。おもりは１つしか振れません
　　友達と同じ実験をしてみると、上だけがゆ
　　れているものもあれば、下だけゆれている
　　ものもあり、どこの場所だけがゆれるとい
　　うきまったものはないようにみえます。
　　これはいったいどういうことでしょうか。
　・ここで、もう一度やってみましょう。みな
　　さんは、ゆれだした１つのおもりをじっと
　　見つめてはいませんか。
・そうです。３つのうち、自分がじっと見て
　いる１つだけが振れていくのです。見てい
　ない残りの２つは止まったままですね。で
　すから、上がゆれるのは、上のおもりを見
　ていることになり、中だけがゆれているの
　はその人が中のおもりを見ていることにな
　るのです。ではどうして、見ているおもり
　だけがゆれるのでしょうか。


考え方

　・振り子のおもりを弱い力でゆらすとわずか
　　ながらゆれだします。その振り子がちょう
　　ど１周期してもとに戻ったときにまた弱い
　　力で押すと、ゆれ幅（振動振幅）が少し大
　　きくなります。このようなことをくり返す
　　ことにより、弱い力でも大きなゆれをつく
　　りだすことができるのです。それを共振と
　　いいます。ブランコはこの原理で大きくゆ
　　れるわけです。
　・振り子の１つをじっと見つめて、手からわ
　　ずかの振動エネルギーを与えると、その１
　　つが振動の周期に合わせて振れだすのです。
　　つまり、自分が見ているおもりの周期に自
　　然と合わせてゆらしているのですね。
　・ところが、ほかの２つは手から与える力と
　　振り子の周期が一致しないのでゆれる力は
　　非常に小さくなります。ですから、共振し
　　ている１つだけが大きくゆれ、残りはほと
　　んどゆれないのです。



実験のカンどころ

・手品として友達に見せる場合には、いくつ
　　かこつがあります。
　1.できるだけ手の動きを小さく、ゆらしてい
　　ると見られないこと。
　2.「念力で下だけを動かして見せるぞ」など
　　と言い、下だけをおおげさにじっと見つめ
　　てやり始めましょう。うまく動きだしたら、
　　「ほら、念力が伝わった」とでも言うと信
　　じる人もいるかもしれません。でも、あく
　　まで念力ではないので、最後には種明かし
　　はしてあげましょうね。





もっと知りたい人へ

【地震でビルが壊れる理由】
　地震の振動も実は周期を持っています。ゆっ
さゆっさとゆっくりゆれるものもあれば、ダダ
ダダとはやくゆれるものもあります。その時、
建物がふりこのようにゆすぶられるわけですが
（この実験では手の動きにあたります）
ビルの高さによっては共振がおきることがあり
ます。
（この実験ではビルの高さが糸の長さにあたり
　ます）
このことで、地震のゆれにぴったりあった高さ
のビルが共振の関係になり、強く大きくゆれて
壊れるというのです。必ずしも、高いビルだか
ら危ないというのではなく、高さと周期が合わ
さった場合が一番危険なのです。
　ある地震では、高いビルがなんともなく、中
程度の高さのビルだけが被害を受けたという記
録もあるそうです。