(57)【要約】      （修正有）【課題】常に正確に所定の位置で受力でき、しかも乗物などの内部の人間などがどのような力学的影響を受けるかを学習したり、材質に応じて受力値が異なる様子を学習できる構造を実現し、また、同一装置で、熱や音へのエネルギー変換も学習可能とする力学学習車両を提供する。【解決手段】受力部１、２で受けた力の大きさを目視する手段３を備えた力学学習車両において、前端が卵状に突出していて、突出した先端が圧電素子等を備えた受力部になっている。また、前端の受力部と後端の受力部との間に人形４を立て、受けた力の大きさや方向に応じて前記人形が倒れる様子を見えるようにしてある。勉強の目的に応じて前記受力部を交換できるので、剛性の強い材料や軟質樹脂、スポンジなどと交換して衝突させたりすると、運動エネルギーと力積の関係や車の安全ベルト、クッション、衝撃緩衝材等の材料の性質が理解できる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
受力部で受けた力の大きさを目視する手段を備えた力学学習車両において、前端が卵状に突出していて、突出した先端が受力部になっていることを特徴とする力学学習車両。
【請求項２】
卵状に突出した後端にも受力部を有しており、後端の受力部と前端の受力部との間に人形を立て、受けた力の大きさや方向に応じて前記人形の挙動が見えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の力学学習車両。
【請求項３】
勉強の目的に応じて前記受力部を交換できる構造になっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の力学学習車両。
【請求項４】
受力部で受けた力の一部が熱に変換されたことを理解できるように、受力部の温度変化を検出し表示する手段を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の力学学習車両。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、力の作用や運動、熱、音などのエネルギー現象を学習するための教具に関する。
【背景技術】
【０００２】
力や運動エネルギー等に関する学習用として、特許文献１に記載のように、力によって感応する受力部を基板に一体に取り付けると共に、受力部からの電気信号を制御する制御部及びこの電気信号を外部に表示する表示部を設け、上記受力部に作用する外力をこの受力部で電気信号に変換し、この電気信号を制御部で表示レベルに変換し、これを表示部で外部に表示するようにした力センサー付力学用学習具であって、力の作用或いはエネルギーの変化を外部に視覚的表示手段によって表示するようにした考案を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平７-27490
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、受力棒を突出させ、受力棒の内端が力センサーを押す構造なため、力を受ける部分の材質に応じて受力値が異なる様子を学習するのに適しておらず、また力を正確に所定の位置に作用させるには受力棒を長くする必要があり、デザインも悪かった。しかも、受力棒が受けた力に応じて、内部の人間などがどのような影響を受けるかを知ることができなかった。
本考案の技術的課題は、このような問題に着目し、常に正確に所定の位置で受力でき、しかも乗物などの内部の人間などがどのような力学的影響を受けるかを学習したり、材質に応じて受力値が異なる様子を学習できる構造を実現することにある。また、同一装置で、熱や音へのエネルギー変換も学習することはできなかったが、これを可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１は、受力部で受けた力の大きさを目視する手段を備えた力学学習車両において、前端が卵状に突出していて、突出した先端が受力部になっていることを特徴とする力学学習車両である。正確な表現ではないが、例えば最初の新幹線の先端のように卵状をしている。
【０００６】
請求項２は、卵状に突出した後端も受力部になっており、後端の受力部と前端の受力部との間に人形を立て、受けた力の大きさや方向に応じて前記人形の挙動が変化することを見えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の力学学習車両である。
【０００７】
請求項３は、勉強の目的に応じて、前記受力部を交換できる構造になっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の力学学習車両である。
【０００８】
請求項４は、受力部で受けた力の一部が熱に変換されたことを理解できるように、受力部の温度変化を検出し表示する手段を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の力学学習車両であり、表示手段は色の変化する手段や温度変化を表示する手段でよい。
【考案の効果】
【０００９】
請求項１のように、前端が卵状に突出していて、突出した先端に受力部を有している力学学習車両だと、突出した先端に設けた受力部が常に圧接するので、受力部で受けた力の大きさを目視表示できる。しかも、前端と後端の双方に卵状に突出した受力部を設けると、前後双方を力学の学習に利用できる。
【００１０】
請求項２のように、前端の受力部と後端の受力部との間に人形を立て、受けた力の大きさや方向に応じて前記人形が倒れる様子を見えるようにしてあるので、電車などの乗物の動きと中の人間などの受ける力の様子が目で理解できる。
【００１１】
請求項３のように、勉強の目的に応じて前記受力部を交換できる構造になっているので、剛性の強い材料や軟質樹脂、スポンジなどと交換して衝突させたりすると、運動エネルギーと力積の関係や車の安全ベルト、クッション、衝撃緩衝材等の材料の性質が理解でき、便利である。
【００１２】
請求項４のように、受力部の温度変化を検出し表示する手段を備えているので、受力部で受けたエネルギーの一部が熱に変換されたことが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本考案による力学学習車両の斜視図である。
【考案を実施するための形態】
【００１４】
次に本考案による力学学習車両が実際上どのように具体化されるか実施形態を詳述する。図１は、本考案による力学学習車両の斜視図であり、客車状のボディＢの前端に設けた受力部１と後端に設けた受力部２とを備えている。受力部１、２は、例えば圧電素子や力センサーなどのように、受けた力の大きさを正確に電気信号として出力する変換手段を、アタッチメント１’、２’で取付けてある。
なお、加速度センサーを取付ければ、衝突の際の加速度を表示することもできる。
【００１５】
ボディＢには、走行用の車輪Ｗ…を、実物の車両のように前後左右に備えている。これらの車輪Ｗ…の外周は、例えばアングル等から成る２本のレールＲ・Ｒの上を真っ直ぐに走行できるように、Ｖ字やＵ字状の凹溝状になっている。
また、ボディＢの側面には、特許文献１と同様に、受力部１、２の変換手段で出力する電気信号を制御する制御部及びこの電気信号を外部に表示する表示部３…を設けることによって、上記受力部１、２に作用する外力の大きさを、この受力部１、２で電気信号に変換し、この電気信号を制御部で表示レベルに変換し、これを表示部３…で外部に表示するようにしてある。
【００１６】
表示部３…は、例えばＬＥＤ等の表示素子を複数設け、点灯する個数によって強さが分かるようになっている。
指針で数値を指したり、棒グラフ状に表示することもできる。従って、デジタル式に表示するか、アナログ式に表示するかは自由に選択できる。
また、卵状の受力部１、２を前後端に有するボディＢの少なくとも上半分は透明蓋５になっており、且つ電車の車両のように構成されていて、車両内に人形４を立て、車両の受けた力の大きさや方向に応じて前記人形４の挙動が変化することを外から見えるようにしてある。
【００１７】
いま、車両のボディＢをコンクリートなどの壁部に衝突させたり、図１の車両を複数台準備しておいて、２台の車両を衝突させたりすると、衝突の大きさに応じて表示部３…の点灯個数が変わる。
このとき、衝突する先端が卵状をしているので、少しぐらい中心がずれても、大きな変化は無い。
また、強く衝突すると、透明蓋５の中の人形４が一瞬に転倒し、弱い力で衝突すると人形４は緩慢に傾くのが外から見える。
【００１８】
受力部１、２に、力−電気変換手段の他に、温度センサーを設けると共に、その表示手段を備えることもできる。例えば、受力部１、２に隣接してＬＥＤなどの表示手段を設けておき、15℃だと赤くなり、30℃だと黄色に、40℃だと青色に変わる、などの表示が可能である。
表示部３…と平行に棒グラフ状に温度表示することも可能である。
このように、温度センサーを設けて温度の変化を表示できると、衝突の際に運動エネルギーの一部は熱に変わることやエネルギーの移り変わりも理解できる。
【００１９】
勉強の目的に応じて、アタッチメント１’、２’を取り外せば、受力部１、２を交換できる構造になっている。従って、受力部１、２として、材質の異なる物と交換して実験することにより、材料の勉強ができる。例えば、剛性の強い材料や軟質樹脂から成る受力部１、２を、スポンジやバネ材などから成る受力部１、２と交換して衝突させたりする。
その結果、運動エネルギーと力積の関係や車の安全ベルト、クッション、衝撃緩衝材等の材料の性質を理解でき、体験的な学習に有効である。
衝突音の出やすい固い材質の受力部１、２の場合は、マイクロフォン手段を受力部１、２に設けると共に増幅機能とスピーカ機能や電流計などをボディＢに設けておくと、衝突エネルギーが運動や熱エネルギーと共に音のエネルギーにも変換されることを学習できる。なお、理論上は、光センサーを設けて、光のエネルギーにも変換される成分が有ることを知ることができる。
【００２０】
さらに、図１のように、車両全体を流線型にすると、特許文献１の場合と違って空気抵抗の少ない形状となり、飛行機や新幹線が流線型になっている理由が理解できる。
透明蓋５の屋根に太陽電池パネルを搭載しておけば、光のエネルギーを起電力に変換できることや自分で起こした電力で表示部３…を点灯させたりでき、エコカーを実現できる。
なお、図示実施形態は、前後両方とも卵状に突出しているが、片方だけにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上のように、本考案の力学学習車両によると、卵状に突出した先端に受力部を有しているので、常に正確に所定の位置で受力でき、しかも材質に応じて受力値が異なる様子を学習したり、乗物などの内部の人間などがどのような力学的影響を受けるかを学習できる。また、同一装置で、衝突により熱や音も発生することや空気抵抗の様子なども学習できる。
【符号の説明】
【００２２】
Ｂ  ボディ
１・２  受力部
１’・２’  アタッチメント
Ｗ…  車輪
Ｒ  レール
３…  表示部
４  人形
５  透明蓋
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年9月13日(2011.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
受力部で受けた力の大きさを電気信号に変換する手段と、前記電気信号を制御する制御部と、前記電気信号を目視可能に表示する表示部とを備えた力学学習車両において、前端が卵状に突出していて、突出した先端が受力部になっていることを特徴とする力学学習車両。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
請求項１は、受力部で受けた力の大きさを電気信号に変換する手段と、前記電気信号を制御する制御部と、前記電気信号を目視可能に表示する表示部とを備えた力学学習車両において、前端が卵状に突出していて、突出した先端が受力部になっていることを特徴とする力学学習車両である。正確な表現ではないが、例えば初代の新幹線の先端のように卵状をしている。