愛媛県総合科学博物館研究報告

Bulletin of Ehime Prefectural Science Museum, No.22（2017）, p. 99－107

技術報告

サイエンスショーにおける実験装置の製作
藤本光章 *

Production of experimental equipment in science show
FUJIMOTO Mitsuaki

Abstract： At the Ehime prefectural science museum, we are doing science shows four times a year.
The science show is a popular corner alongside planetariums and dinosaur robots. We designed experimental
equipment to explain the science in an easy-to-understand way from children to adults. Report the experimental
equipment produced this time.
キーワード：サイエンスショー，実験装置
Key words：science show, experimental equipment

はじめにの期間に実施した「すべる！止まる！摩擦のサイエンス～シューズの裏側大解剖～」では，シューズの裏側の形

愛媛県総合科学博物館の常設展示室内では金・土・日

状やでこぼこに注目し，床面とシューズの裏側がどのよ

曜日と学校の長期休業日にサイエンスショーを実施してうな関係にあるのかを実験で解説したサイエンスショーいる．当館のプラネタリウムや恐竜可動模型に並び人気である．私たちが普段履いているシューズの裏側には，の展示である．このサイエンスショーは年に 4 回ほどさまざまな形状のでこぼこや溝がある．これは，靴底とテーマを変え，学芸員が趣向を凝らした実験を構成し，地面の間に摩擦を発生させるためでその働きによって私子どもから大人までの幅広い年代の方々に科学を分かりたちは歩いたり走ったりして前や横，後ろに移動するこやすく解説している．その実験内容には，学芸員が製作とができる．まず始めに野球，陸上，サッカー，ゴルフ，した実験装置を使って，科学現象を分かりやすく説明しバレーボール，ボーリング，新しいシューズ，古いシューたり，実際にその装置を観覧者の方に触って体験してもズの 8 種類のシューズの裏側の形状を観察してもらい，らったりしている．言葉では説明しにくい科学現象を実滑りやすいか滑りにくいかを予想してもらった．その中際に体験することによって，より理解を深めることを目から野球とバレーボール，ボーリングのシューズを選び，的として実験装置を製作している．

3 種類の条件の違う床面を用意し，その上を滑らした場

今回，平成 26 年度に実施した「すべる！止まる！摩合の滑り具合をシューズ摩擦実験器を使って比較した．

擦のサイエンス～シューズの裏側大解剖～」で製作した

次に摩擦について説明し，綱引きをするときにどのよう「シューズ摩擦実験器」と「不思議なシューズ体験」，そなシューズが良いかを新しいシューズと古く擦り切れたして平成 27 年度に実施した「曲がるボールのヒミツ」シューズとで比較した．最後は，極端に滑りやすいシューで製作した「カーブ実験器」と「バナナシュート実験器」

ズと滑りにくいシューズを使って，実際に観覧者の方にの計 4 点の実験装置について報告する．

履いてもらい不思議な感覚を体験してもらった．
2 実験装置の内容・装置製作・結果すべる！止まる！摩擦のサイエンス

2.1 シューズ摩擦実験器
1 実験内容と構成（1）内容

平成 26 年 4 月 18 日
（金）～平成 26 年 7 月 13 日（日）
* 愛媛県総合科学博物館 学芸課 科学・産業研究グループ
Curatorial Division, Ehime Prefectural Science Museum－ 99 －

シューズの裏側と床面との摩擦の関係を調べる．裏側

サイエンスショーにおける実験装置の製作の形状の違うシューズを条件の違う床面に置き，一定のがカーペットであるため，木板にマジックテープを取り力を与えて滑らした場合の滑った距離を比較する（写真付けた．

1）
．

（3）結果

（2）装置製作（図 1）

平面では，滑りやすいシューズは地面を蹴って進もう

装置は，イレクターパイプで骨組みを作り，イレクターとしても滑ってしまいうまく前に進むことができなかっジョイントにゴムハンマーを固定して持ち上げた手を離た．滑りにくいシューズはマジックテープが床のカーすと振り下ろされ，床面に置かれたシューズに当たり，ペットに貼り付くため滑ることはなくなったが，1 歩 1押し出される機構である．この装置では，ゴムハンマー

歩マジックテープを引きはがしながら歩くため，歩く速を持ち上げた高さを同じにすることによりシューズに与さがゆっくりになった．

える力を均一にすることができる（写真 2）．この実験

斜面では，滑りやすいシューズは常に滑ってしまうたで用意したシューズの条件として，スパイクのあるもの，め上に上がることができなかった．滑りにくいシューズ

溝がついているもの，でこぼこや溝のないものの中からは傾斜を上がるときマジックテープが傾斜面のカーペッ

野球シューズ，バレーボールシューズ，ボーリングシュー

トに貼り付き滑らなくなり，楽に上がることができた（写ズを選んだ．滑らせる床面は木板，人工芝，濡れたアク真 4）．しかし実験を運用する際，滑りやすいシューズは，リル板を用意し，すぐにとり替えれるようにした．この歩く際に滑って転んでしまう可能性があったため，安全

3 つの床面は，木板は体育館，人工芝は野球などの競技面を考慮し演示者が手を取り介添えしながら体験をして場，濡らしたアクリル板は雨などで濡れたタイルを想定もらった．滑りにくいシューズはマジックテープがカーした．

ペットにくっつき離れなくなることがあった．そのため，（3）結果マジックテープの貼り付けた面積を減らして調整した．

床面が木板の場合，バレーボールシューズが一番滑り曲がるボールのヒミツにくく，次にボーリング，野球シューズの順であった．
人工芝は野球シューズが一番滑りにくく，バレーボール，ボーリングの順であった．濡れたアクリルの板はすべて

1 実験内容と構成が滑りやすいという結果であった．この結果より，体育

平成 27 年 10 月 16 日（金）～平成 28 年 1 月 17 日（日）館の木板の床面の場合は，激しい運動をする際，スパイの期間に実施した「曲がるボールのヒミツ」では，野球クやでこぼこのないつるつるしたシューズでは不向きでやサッカーなどのボールに回転を与えると軌道が曲がるあることが分かった．人工芝の場合は，野球などでの激現象について解説したサイエンスショーを実施した．はしい運動をする際，突起物のあるスパイクが人工芝に食

じめ野球やサッカーなどの球技ではボールを投げたりい込み，前後左右にすばやく動けるのを可能にしてい蹴ったりすると真っすぐ飛んでいくが，ボールが移動しることが分かる．濡れたアクリル板の実験では，3 つのているときにはボールの周りの空気が同じ量流れていシューズすべてが滑りやすいとの結果になった．雨の日

る．しかし流れの中でボールに回転を与えると，回転のの濡れた床は，どのシューズでも滑りやすいため注意が方向によって気圧に差が生じ，ボールの進む軌道が曲必要であることが分かる．

がってしまう．実際に回転させたボールに扇風機で風を当てるカーブ実験器を使い，横に動くかどうかを実験し2.2 不思議なシューズ体験た．また，サッカーではバナナシュートと呼ばれるカー（1）内容ブシュートを実験する装置を使って体験した．最後プラ

通常生活する上で適度の摩擦が必要ではあるが，もし極端になった場合どのような状態になるのかを体験す

コップに縦回転を与えると上向きに上がる実験などを行った．

る．極端に滑りやすいシューズと滑りにくいシューズを履き，実際に平面を歩いたり，傾斜のある坂を上ったり

2 実験装置の内容・装置製作・結果して歩き具合を比較する（写真 3）．

2.1 カーブ実験器（2）装置製作（図 2）（1）内容

シューズの土台には子どもから大人までが体験できる

野球ではピッチャーが投球をする際，ボールに回転をようにサイズの違う靴をゴムバンドで固定するスポンジ与えることでボールの進む軌道を変えることができる．

シューズ（コンクリート土間作業用）を使用した．靴底

その現象を実験装置で見せるためカーブ実験器を製作しのスポンジ部分には木板を貼り付け，滑りやすいシューた（写真 5）．

ズにはその木板にアクリル樹脂の戸車を 5 個取り付け（2）装置製作（図 3）

た．滑りにくいシューズには，実験ショーコーナーの床－ 100 －発泡スチロール球にアルミ棒を縦に刺し込み，モー藤本

光章

ターは上部に取り付けて回転させる機構にした．下部のルに接触するインパクトの瞬間の工夫など，改良の必要

木板に凹みをつけ，アルミ棒の先端を差し込みアルミ棒があると感じた．

が風で揺れないようにした．そして，装置本体は軽くす
まとめるため桐を使用し，横に力が働くとその方向に移動するようにタイヤを取り付け，変化が分かるようにした．また，通常ボールを投げた際，ボール全体が前から風を受今回製作した実験装置 4 点は，シューズの裏側のでこけるため，実験では巨大扇風機を前に置き演示者側からぼこが床面とどのようなかかわりがあるのかを調べる実

観覧者側へ風を流すことでボールを投げた状態と同じに験や野球やサッカーのボールがなぜ曲がるのかを調べるなるようにした（写真 6）．回転を与えるモーターには，実験など身近に感じる不思議な科学に注目して実験装置

回転する方向を逆方向にも変えれる逆転スイッチを取りを製作した．

付けたり，回転速度を変えれる可変抵抗器を取り付けた「すべる！止まる！摩擦のサイエンス」で製作した実

りした．そのため，左に曲がるカーブ以外にも右に曲が験装置は，シューズの裏側と床面との間に摩擦が関係しるシュートや回転速度によって動き方に変化が見れるよていることを知ることができた．でこぼこや溝にはそれうにした．

ぞれ使用する床面の状態や活動内容にあわせてさまざま（3）結果な工夫がなされている．

送風機からの風が回転する発泡スチロール球に当た

また，「曲がるボールのヒミツ」で製作した実験装置は，り，左右のどちらかに動く．発泡スチロール球の回転す

野球やサッカーのボールの曲がる仕組みがボールの回転る方向が上から見て半時計回りの場合，装置は左に動く．と深く関わっていることを知ることができた．ボールにまた逆の時計回りの場合，装置は右に動く．回転する速回転を与えるという行動は野球やサッカー以外の球技全度が速いほど装置の動く速さが速くなる．実際に野球で般においても関係がある．

投げるカーブの回転速度と今回の実験装置の回転速度は実験装置を製作することにより科学現象をより分かり違うが，回転を与えることによってボールの軌道に変化やすく解説し，理解を深め興味関心を高めることができが生じることが分かった．

たと考える．

2.2 バナナシュート実験器

参考文献

（1）内容
サッカーではゴールに向かってシュートを打つ際ボー

1）自由研究わくわく探検大図鑑（2003），小学館，

ルの蹴る場所や蹴り方を変えることでボールに回転を与pp.192-193．

え，ボールの進む軌道を変えることがある．その現象を

2）久松洋二，サイエンスショー「カーブの世界」実施報告，再現できるかどうかを実験するバナナシュート実験器を

愛媛県総合科学博物館研究報告，No.6 (2001)，pp.9-製作した（写真 7）．

11.

（2）装置製作（図 4）3）http://www.jsme-fed.org/experiment/2014_8/002.html

装置は，イレクターパイプで外枠を製作し，シューズを取り付けたイレクターパイプにフィットネス用の太目のゴムチューブを引っ掛け，引っ張り上げた反動でシューズが蹴り出す機構にした．床面は人工芝を取り付け，その上にゴムボールを置いた．
シューズの角度やボールを置く位置を変えることで，蹴り出した際にボールに回転を与え，ボールが曲がるかどうかを実験できるようにした．実際に参加者が体験できるようにミニゴールポ
ストを用意した（写真 8）．
（3）結果
この実験装置を使って，シューズの角度やボールの置く位置を変えて実験を行った．結果，ボールはゆっくり回転するが実際にサッカー選手が蹴り出すバナナシュー
トのようにボールが回転し，軌道を変えながらゴールに向かっていくような結果を得ることができなかった．実際に再現するためには，蹴りだす速度やシューズがボー－ 101 －サイエンスショーにおける実験装置の製作

写真 1 シューズ摩擦実験器
ゴムハンマーを振り下ろしてシューズを打ち出し，どの場所で止まるかを予想する．

写真 4 不思議なシューズ体験実験風景
滑りにくいシューズは急な傾斜でも滑らずに上ることができる．

写真 2 シューズ摩擦実験器実験風景
ボーリングシューズを打ち出す実験．ゴムハンマーを持ち上げ手を離すと振り下ろされてシューズを押し出す．

写真 5 カーブ実験器
発泡スチロール球を回転させ，前から巨大扇風機で風を当てる．

写真３ 不思議なシューズ体験
滑りやすいシューズは床を蹴っても滑ってしまうため，うまく前に進めない．

写真 6 カーブ実験器実験風景
扇風機からの風と発泡スチロール球の回転によってスチロー
ル球の周りの空気に気圧の差が生じ，横に動く．

－ 102 －

藤本

写真 7 バナナシュート実験器
ゴムチューブの付いたシューズを引っ張り，その反動でボールを蹴る．左はミニゴールポスト．

光章

写真 8 バナナシュート実験器実験風景
ミニゴールポストを狙ってボールを蹴り出す．ミニゴールポ
ストは正面ではなく，すこし左へ置いた．

－ 103 －

図1

シューズ摩擦実験器図面

サイエンスショーにおける実験装置の製作－ 104 －

図2

不思議なシューズ体験図面

藤本光章－ 105 －

図３

カーブ実験器図面

サイエンスショーにおける実験装置の製作－ 106 －

図4

バナナシュート実験器図面

藤本光章－ 107 －