おもしろ実験と自由研究「くるくるマグネット」

幼かった頃、バレリーナの人形がクルクル回って踊るオルゴールを持っていました。幼心に、「なんで、こんなに綺麗にクルクル回るんだろう？」って不思議でたまりませんでした。大人になった今、ようやくその謎を解明しようと思い、こんな実験をしてみました。残念ながら、オルゴールにあわせて踊ってくれませんので、踊りにあわせて私が歌っています。用意するもの・マグネット６個　(※1) ・不要になったＣＤ２枚・ＣＤ２枚を固定できるもの(※2) ・バレリーナ又は　　その代わりとなるマスコット・小さめのＷクリップ３個 ※1 マグネットは同じ面にＮ極もS極も着磁されている　　ものがあります。この磁石ではうまくいかないので　注意が必要です。新しく購入される方は、背中同士を　あわせてみて、反発するものを購入しましょう。 ※2 ＣＤ２枚を固定できるものは、ダイソーで販売の「頭の体操24」を使用しました。　上に置くＣＤは回転しないように固定し、下に置くＣＤは回転出来るようにします。作り方、やり方、手順 ①「頭の体操24」の両脇の柱を切り取ります。 ②下から２つ目の輪っかと上から３つ目の輪っかに、　ボンドを使ってＣＤを固定します。 ③下のＣＤの３箇所に磁石を取り付けます。強力な両面テープで貼り付けます。 ④上のＣＤは回転しないように、ボンドで柱に固定します。　（下のＣＤは回転出来るようにしておきます。） ⑤マスコットを両面テープで磁石に貼ります。　写真のマスコットはダイソーで販売のタレビンです。　手のところを切り出して、大き目のビーズをつけています。 ⑥３つのマスコットを上のＣＤに置いて完成で～す！それではやってみましょう！下のＣＤを手で回転させます。ビデオ映像で実験の様子が見れます。なぜなの考察、原理なぜ、マスコットはCDの上でくるくる回りながら移動するのでしょうか？上のＣＤは回転しないように固定をしています。ＣＤの上のマスコットを乗せた磁石は、下の磁石に引っ張られて移動しています。上の磁石と下の磁石の位置を見てみると、写真のように、磁石の端の方で引き寄せあってます。なぜ、この位置で引き寄せあうのか？磁力線を書いてみましょう！図左の場合、磁石同士が接しているところの磁力線は逆向きになっていますね。そのためこの位置では反発をします。右の場合は磁力線が同じ向きになっているので引き寄せあうのですね。このように端の方でくっつくのはわかっても、　　　　　　　　　　　　　　下の磁石を移動させると、なぜ上の磁石は回転をするのでしょうか？そこでこんな実験をやってみました。透明のプラスチックケースに3㎜幅くらいの溝をあけて、溝のところで磁石をくっつけて、下の磁石を移動させてみます。するとこの場合は、上の磁石は回転せずに移動をしました。上と下の磁石が完全にくっついた状態では　　　　　　　　　　　　　　　　回転しないのですね。では、磁石の間に何かをはさんだ状態にすると、なぜ回転するのか考えてみます。 ① 磁石の間にプラスチックケース(今回の実験ではＣＤ)をはさむと、磁石は端の方で引き寄せあいます。 ② 下の磁石を少し移動させると、上の磁石はプラスチックケースとの摩擦によって、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　下の磁石についていくことが出来ず一歩出遅れます。 ③ 上の磁石は下の磁石に引き寄せられて移動をしますが、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　そのとき、下の磁石に一番近いところが引き寄せられます。 ④ この現象が連続して起こるので、上の磁石はくるくる回転をするのですね！説明図「智恵の楽しい実験教室」「智恵の楽しい実験教室各号の紹介」「おもしろ実験と自由研究」「色の3原色と光の3原色」　　　光の3原色(加色混合)と色の3原色(減色混合)の違いをシュミレーションしながら計算方法まで解説しています。「プラコプターを飛ばそう！」　　　簡単に出来て、子供たちも飛ばすことに夢中になる実験です。「行ったり来たり」　　　ゴムの弾力エネルギーを運動エネルギーに変換。振り子も位置エネルギーを運動エネルギーへ。何だか似てますね。「フランクリンモーター改良版」　　　静電気で回る、フランクリンモーター。送電線の絶縁効果を高めたので、よくまわります。「踊るセメダイン」　　　表面張力に注目し、わかりやすく解説をしています。「ファラデーの電磁回転」　　　世界初の電磁力で動くモーターの作り方と原理、ファラデーの功績を紹介。「ファラデーの電磁誘導」　　　1831年にファラデーが発明した電磁誘導の説明と実験を紹介。「電磁調理器を使ってUFOを飛ばそう!」　　　電磁誘導を利用して加熱する仕組みの電磁調理器を使って、アルミホイルを浮かせます。「ピカピカモーター」　　　1.5vの乾電池1個では点灯しないはずの発光ダイオードが電池1個でクルクル回転しながら点灯します。「モーター発電＆逆起電力」　　　モーターは発電機と同じ構造をしていること、モーター回転しているときには逆起電力が発生する仕組みがわかります。ヘンリーの功績も紹介。「単極モーター」　　　「単極モーター」は電池、くぎ、磁石、導線があれば、簡単に出来ておもしろいほど回ります。回る原理はくぎからの漏れ磁束が起因してると考えます。フェライト磁石とネオジム磁石の特徴も解説。「ミニ掃除機」　　　ミニ掃除機は簡単な工作で作れます。応用版として自動掃除機にも挑戦！「イライラ棒」　　　「イライラ棒」は回路を２回路にしたことで、電極棒がコースから離れてもライトが点灯し続けます。「電気ブランコ」　　　「電気ブランコ」はフレミング左手の法則を利用してゆらゆら揺れます。スイッチを工夫したことで電池が持続する限り揺れ続けます。「イライラ棒」　　　「イライラ棒2」はリレーを使って自己保持回路を作ることで、電極棒がコースから離れてもブザーが鳴り続けます。最も簡単な自己保持回路の説明を動画でわかりやすく解説しています。「風船紙コプター」　　　「風船紙コプター」は風船から出る空気の圧力を利用して、回転しながら上昇をします。「温風かざぐるま」　　　「温風かざぐるま」は対流を利用してクルクル回ります。「くるくる糸」　　　「くるくる糸」はベルヌーイの定理（流速の速いところでは気圧が下がること）を利用して糸がクルクル回ります。「アイスキャンデー」　　　「アイスキャンデー」は氷と塩を使ってマイナス20℃の状態を作り、ジュースを凍らせます。凝固点降下の説明もあります。「不思議なペットボトル」　　　「不思議なペットボトル」は水を少し入れただけでどんどんお水が出てきます。大気圧と水圧に注目して考察してみました。「ファラデーの電磁回転左側の装置」　　　「ファラデーの電磁回転左側の装置」1821年にファラデーが作った世界初のモーターの実験装置の左側の装置の回転方向を検証します。「電気分解と燃料電池」　　　「電気分解と燃料電池」は水に食塩を入れて電気分解を行い、その後電気分解で発生した気体（水素と塩素）を使ってモーターを回したり発光ダイオードを点灯させます。「ガウス加速器」　　　「ガウス加速器」は磁界に置かれた鋼球(パチンコ玉)がポテンシャルエネルギー(位置エネルギー)を持ち、それを運動エネルギーに変換しながら速度を上昇させていきます。「くるくるマグネット」　　　「くるくるマグネット」は磁石2個の間にCDをはさみ、下側の磁石を斜めにした状態で移動させると、上の磁石がクルクル回転します。上の磁石にマスコットを乗せて簡単なおもちゃを工作します。「コヒーラ」　　　「コヒーラ」は圧電素子を押して高電圧による火花放電で電磁波を発生させ、その電磁波でアルミホイルの酸化皮膜を破り、モーターを通電状態にします。