三重ジュニアドクターレポート
Report of Mie Jr. Doctor School

第4号

2023 年 3 月

目

メダカはコーヒーで心臓がドキドキするのか？
よ り CO₂を 吸 収 す る の は ？

次……………………………………

東谷

直……… 1―樹木編―………………………………………………

東谷

唯………

3

パンが早く発酵する条件を見つける……………………………………………………

菊池美歩……… 6

自然の防災施設、緑のダムについて

田 中 友 翔 … … … 11

～湿地帯と降水量～………………………

食物 か ら 作る ス トロ ー で 水は 飲 め るか … … … … … … … … … … … … … … … … …

川嶋春輝………

15

Python を 用 い た ス イ ン グ バ イ 航 法 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン

佐藤瑛斗………

17…………………………

マスク焼けを防ぐには。…………………………………………………………………
サワガニの個体間の関係に関する研究

坂 東 陸 佳 … … … 19

… … … … … … … … … … … … … … … … … … 石 倉 成 実 … … … … 23

コ ン ピ ュ ー タ で 探 る コ ラ ッ ツ 予 想 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 大 谷 航 輝 … … … … 27
中 村 川 の 流 程 に 伴 う 水 質 の 変 化 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 前 田 千 依 里 … … … 29
モンティ・ホール問題に対するコンピュータシミュレーションによる検証－選択したドアは変更すべきか？－………………………………………………… 近藤

焦電型赤外線センサー搭載アルコールディスペンサーを開発する …………………中村
土砂災害の被害を軽減するための考察光… … … 32

永 … … … 35

… … … … … … … … … … … … … … … … … … 大 須 賀 希 子 … … … 37

日本の気象におけるハロ出現時の気象パターンの解析 ……………………………

織 田 悠 輔 … … … … 42

銀 河 の 明 る さ 測 定 か ら 宇 宙 の 膨 張 速 度 を 求 め る … … … … … … … … … … … … … … … 下 地 崇 貴 … … … … 46
昆 虫 の 飛 ぶ 仕 組 み を 調 べ て み た … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 辻 本 憲 史 … … … … 49
Scratch を 用 い た 音 楽 ゲ ー ム の 作 成… … … … … … … … … … … … … … … … … … … 柴 田 琉 花 … … … … 52

ウミホタルは血の匂いを感じて餌をみつける
きなこの「硬さ」の研究……………………………………… 寺地優太

－粒度のばらつきを抑えると？－…………………… 町田明駿

ゼブラフィッシュの月齢や種類における行動変化について－ゼブラフィッシュの行動解析－ ………………………………………………………近藤平… … … 56
… … … 61

… … … 66

メダカはコーヒーで心臓がドキドキするのか？
東谷 直
三重大学教育学部附属小学校

６年

要旨
人はコーヒーなどカフェインを含むものを摂取すると心拍数が上がることがある。メダカの稚魚を使って、カフェインを与えたときの心拍数を測定し、カフェインの影響を調べた。カフェインを含むドリンクとして、コーヒーおよびエナジードリンク（2種）を用い、濃度を変えて稚魚に与えた。稚魚の平常時の心拍数は 200 回であるが、コーヒーやエナジードリンクにより約半分まで減少した。エナジードリンクでは 10000 倍希釈しても心拍数が減少した。メダカ稚魚の心拍数はカフェインにより減少するとともに、エナジードリンクにはカフェイン以外のものが心拍数に影響することが考えられる。

１．はじめに（２）心拍数の観察

人はコーヒーなどカフェインを含むものを摂取する

メダカ稚魚を観察用スライドグラスに入れた。心拍と心拍数が上がることがある。どのくらいの量のカフ数の観察・記録は、モバイル顕微鏡で行った。iPad のェインが体に働きがあるか興味をもった。

インカメにミエル１ミリというモバイル顕微鏡を取り

私は魚の体のつくりと働きに興味があり、自由研究

付け、スライドグラスを置いた。

では魚の解剖を行い報告したことがある。ジュニアド

メダカに稚魚をドリンクの入った液に入れてか 5、クターの西村先生の講座でゼブラフィッシュの心拍数

10、15 分後に観察をして、10 秒間の動画撮影をした。

について調べたことから、生きた魚を使って調べたい

これを再生して心拍数を求めた。実験には、ドリンクと思った。

の各濃度について 5 個体の稚魚について測定した。

指導教員の後藤先生より、メダカは簡単に入手でき、メダカの心臓の観察には稚魚が適していることを

３．結果

学んだ。

（１）コーヒーの作用

そこで、コーヒーやカフェインを含むドリンクをメ

水に入っている平常時の場合の心拍数は約 200 回だ

ダカ稚魚に与え、心拍数がどのように変化するか調べった。カフェインを含むコーヒーに入れたところ、10た。

分後には減少し、15 分後にはさらに減少して 10 倍希
釈では約 120 回になった（図１）。

２．材料と方法（１）実験動物と心臓の観察300

三重大学教育学部の後藤先生のところで飼育されているメダカの稚魚（体長約８㎜）を用いた。

200（２）カフェインを含むドリンク

心拍数

カフェインを含むドリンクとして、以下のものを用意した。
①

コーヒー（カフェイン有）：サントリーボスカフェ
ベース甘さ控えめ（カフェイン②

180 ㎎/100ml）

100
0
5

10

15

時間（分）

コーヒー（カフェイン無）：サントリーボスカフェ
ベースカフェインレス

③

エナジードリンク：アサヒ飲料
ジーМ３（カフェイン④

図 1．コーヒーカフェイン有モンスターエナ140 ㎎/100ml）

強強打破：常磐薬品工業（カフェイン

300 ㎎

しかし、カフェインを含まないコーヒーでは、水の/100ml）

場合と変わらなかった（図２）。

これらのドリンクを 10 倍～10000 倍に希釈して使用
した。

-1-

東谷

直

４．考察
メダカ稚魚の心拍数は、カフェイン入りのコーヒー200によって徐々に減少し、10 倍希釈では 15 分後には半分くらいまで減少した。カフェインを多く含むエナジ

心拍数

100

ードリンクのモンスターエナジーでは 100 倍希釈で 15分後に半分ぐらいまで減少した。この結果から、メダ0

カ稚魚ではカフェインにより心拍数が減少することが
5

10

15

わかった。小型魚類であるゼブラフィッシュの仔魚で時間（分）も心拍数がカフェインによって減少することが知られており、メダカでも同じことがわかった。
これらのドリンクに含まれているカフェインの量は

図２．コーヒーカフェイン無ほぼ同じでが、心拍数が約半分になったのはコーヒー（２）エナジードリンクの作用で 10 倍希釈であるのに対して、モンスターエナジーでモンスターエナジーM3 では 5 分後に 100 倍希釈とは 100 倍希釈であった。強強打破心では 1000 倍希釈で10000 倍希釈で約 150 回に減少した。
100 倍希釈では 15

も拍数の減少がみられた。この結果から、エナジード

分後には約 120 回になった。

リンクにはコーヒーに含まれていない成分によって心拍数の減少が起こっていることが考えられる。
今後は、メダカの成長過程でカフェインに対する影
響がどのようになるか調べてみたい。

250
200

謝辞

心拍数

150

実験のサポートをしてくださいましたメンターである大西

100

雄大さんにお礼申し上げます。また、ご指導いただいた後藤

50

先生にお礼申し上げます。

0
5

10

時間（分）

15

図３．モンスターエナジーM3

強強打破でも 5 分後に減少し、時間経過とともに減少した。1000 倍希釈でも約 150 回になった。

250
200

心拍数

150
100
50
0
5

10

15

時間（分）

図４．強強打破-2-

より CO₂を吸収するのは？
―樹木編―
東谷唯
三重大学教育学部付属中学校 1 年
Yui Azumaya
要旨
樹木ごとの CO₂吸収量を比較するため、自宅の庭の３種類の樹木から葉を採取し、LED ライトを照射した後の CO₂量の変化を測定した。樹木によって葉の大きさや重量にばらつきがあるため、葉の表面積を葉の乾燥重量で割った値（SLA）に基づき CO₂吸収量を比較した。

キーワード: 光合成,樹木,CO₂,SLA

１．はじめに（３）行動実験

CO₂をより吸収するは、一年草などよりも樹木だと聞採取した葉を室内にて容器に入れる。そして、２分間

いて今度は樹木で調べてみようと思った。

LED ライトに当てた後、５分間 CO₂量の変化を測定する。

目的は、家にある樹木(柚子・レモン・シマトネリコ)

次に、葉の面積を量り、押し葉にした葉が乾燥したらを対象として、どれが CO₂を一番吸収するのか調べる。

乾燥重量も量る。

２．材料と方法（１）実験植物・柚子・レモン・シマトネリコ

柚子

レモン

シマトネリコ（２）使用した道具
・ワイヤレス CO₂センサ
・SPARKvue（アプリ）
・iPad
・容器
・LED ライト(照度 4500 ㏓)

-3-

東谷唯

３．結果

-4-

より CO₂を吸収するのは？
近似直線が右上がりのグラフになると予想したが、３シマトネリコ

種類とも中間報告会の時よりもグラフの近似曲線がや・トネリコ属では数少ない常緑樹

や右下がりになっていた。

・草丈／樹高10ｍ

理由を考えたところ、「季節(気温)によって変わるので

・形態

高木

はないか」と推測し、月別の SLA あたりの Co₂吸収量を・開花期

５月下旬～７月上旬

比較してみた。

・耐寒性

やや弱い

・耐暑性

強い

・特性

常緑樹・日陰でも育つ

適する自然的条件
寒さに耐えられる温度帯 ５℃～10℃

４．考察
前回のグラフと今回のデータを比べると、今回のグラフの近似曲線の方が下がっていた。また、「SLA あた
りの Co₂吸収量の月別の推移グラフ」より、樹木ごとの光合成の最盛期は次の通りと推測できる。
また、柚子・レモン・シマトネリコの特徴や生態につい柚子⇒て、まとめてみた。

レモン⇒

8～10 月

収穫期９月上旬～12 月下旬

5月

収穫期 10 月～４月
開花時期 5 月中旬～下旬頃

柚子

シマトネリコ⇒・柑橘類のなかでは特に耐寒性が強く広い地域で栽

特定の月なし・年間を通して安定
開花時期

５月下旬～７月上旬

培が可能。
（近年では温暖化で広がっている）
・草丈／樹高1.5ｍ以上・形態

中高木

新葉が取れない時期もあるため、年間を通しての比較

・収穫期

９月上旬～12 月下旬

はできないことが分かった。

・耐寒性

普通

・耐暑性

強い

研究の反省は、晴れの日に限定して実験を行ってい

・特性

常緑樹

たため、データが少なくなり、月別のグラフを作成し新葉と古葉の Co₂吸収量の違いを観察してきたが、適する自然的条件たときに欠けた月があったことである。今後は、気象

年間平均気温条件を限定せず測定し、データ数を増やすようにする。

16℃以上

冬期の最低気温 －3℃以上

参考文献
レモン

https://www.maff.go.jp/j/seisan/ryutu/fruits/f_link/at

・柑橘類のなかでは耐寒性が弱い。

tach/pdf/index-13.pdf

・栽培可能地域は温州ミカンの北限より少し南の地

Microsoft Word - 【 最 終 版 】 R2 果 樹 農 業 振 興 計 画

域。
（近年では温暖化で広がっている）(maff.go.jp)

・－3℃以下の低温には注意。

https://www.ja-town.com/shop/g/g8603-126/・周年開花の習性あり。
（中心は 5 月中旬～下旬頃）

産地直送 通販 お取り寄せ JA いぶすき／トネリコ／7 号:

・草丈／樹高 ２～４ｍ

クミショクファーム|ＪＡタウン (ja-town.com)

・形態

高木

https://www.shuminoengei.jp/

・収穫期

10 月～４月

みんなの趣味の園芸｜園芸、ガーデニングの情報サイト（NHK

・耐寒性

やや弱い

・耐暑性

強い

・特性

常緑樹

出版） (shuminoengei.jp)

謝辞

適する自然的条件

研究のご指導をしてくださった平山先生にお礼申し上げます。

寒さに耐えられる温度帯 ５℃～10℃-5-[ここに入力]

パンが早く発酵する条件を見つける
菊池美歩
大山田東小学校
6 学年
Miho Kikuchi
要旨
発酵とは、イーストが発生させる炭酸ガスを生地の中に閉じ込めて、膨らませることだ。私は、パンの美味しさを変えずに発酵を早くしてみたいと思い、この研究を行った。
この研究では、発酵の速さを調べる実験と美味しさを調べる実験を行った。様々な条件で実験を進めた結果、ドライイーストの量を増やすこと、砂糖の量を増やすこと、水の量を増やすこと、強力粉で作ること、グラニュー糖で作ることが発酵を早くする条件だと分かった。実際のパン作りでも取り入れていきたいと思う。

キーワード: 発酵、イースト、パン

１．はじめに

2

酵母による炭酸ガス発生量の測定方法

私は、よくパン作りをする。パン作りには、イース

ドライイーストの炭酸ガスの発生量を調べるために

トによる発酵が関与している。具体的には、イースト

アインホルン管道具を使い実験を行った（写真 2）。ドは生地中の糖分を分解し、炭酸ガスを発生させる。まライイースト、砂糖、30℃の水を 30 秒間混ぜ、アイン

た、小麦粉に含まれるタンパク質に、水を加え、こねホルン管に空気が入らないように気を付けながら、入ることでグルテンが作られる。このグルテンが炭酸ガれた。その後、30℃の水が入った容器にアインホルン

スを包み込み、生地を膨らませる。一般的には、生地管を入れ 20 分後に、記録をとった。

が約 2 倍に膨らむまで発酵させる。生地を十分に膨らませることで、ふんわりとした食感にもつながる。この過程には 30 分から 40 分という長い時間がかかる。
そこで、美味しさを変えずに、発酵時間を短くする方法を見つけたいと思い、この研究を進めた。
写真 2

２．検討条件と方法
（１）方法
1

3

発酵の速さを調べる方法

アインホルン管による炭酸ガスの測定

おいしさの評価
強力粉 50g、ドライイースト 1g、グラニュー糖 1g、強力粉 50g、ドライイースト 1g、グラニュー糖 1g、30℃の水 30g をこねた生地を用意した。
この生地を 40g

30℃の水 30g を用意して 3 分間手でこねた。次に、生量り、35℃の環境で 30 分間発酵させた。その後、180℃

地を 10g ずつ量り、遠沈管に 3 本ずつ入れた。その後、のオーブンで 15 分間焼成させた。焼いたパン全体と断30℃に保った水を張った発泡スチロールの箱に遠沈管面の写真を撮り、膨らみを確認した。

を入れた。15 分、30 分、45 分、60 分ごとに各遠沈管

また、実験 6 のみ、菜種法でパンの膨らみ具合を測の体積を測定し、生地が 2 倍になるまでの時間を求め定した。菜種法とは、パンなどに利用される体積測定

た（写真 1）。実験は 2 回ずつ行い、データの平均を求方法の一つである。パンの場合、液体の中に沈めるこめた。

とができないので、液体を菜種に置き換えて行う。実験方法は、パンが丸ごと入る容器を用意し、菜種を容器一杯にいれて、すり切る。次にこの菜種を一旦そとに出して、パンを入れ、もう一度上から菜種をいれ、すり切る。容器からはみ出した菜種の体積を測る。これでパンの体積（膨らみ具合）を調べることができる。
この実験では、菜種を米粒に置き換えて行った。

写真 1 遠沈管による生地の体積の測定

最後に焼いたパンを試食し、断面・甘さ・硬さ・香
ばしさ・生地の味の 5 つの項目について評価した。こ- 16間 -

菊池美歩の 5 つの項目は私自身や家族、インターネットの意見

ニュー糖、上白糖、三温糖の三種類を比較した。グラを参考に決めた。各項目の評価を、1 から 5 の数字でニュー糖とは細かい粒上に結晶された精製糖の一種。

表した（表 1）。なお、数字が高いほど、評価が高いわ

糖度は 99.9％でとても高い。上白糖は、水分と転化糖

けではない。

をそれぞれ約 1％含む砂糖。糖度は 97.9％。三温糖は液糖をさらに煮詰め結晶として取り出した砂糖。糖度

表 1 おいしさの評価

は、97.4％でこの中で最も低い。

項目

1

5

断面

気泡が均一ではない

気泡が均一

甘さ

甘味がない

甘い

香ばしさ

香ばしさがない

香ばしい

硬さ

やわらかい

硬い

生地の味

味がよくない味が良い

最後に実験 1 から 5 から得られた最適条件と基本条
件の比較を行った（実験 6）。

３．結果と考察（１）ドライイーストの量の影響
実験 1 ではドライイーストの量を変えて、1g と 2g（２）検討条件
この研究では、条件を変えた 5 つの実験を行った（表2）。
表 2 検討条件
実験

小麦粉

DY

番号

砂糖

水

*
種類

分量

種類

分
量

基本

強力粉

50g

1g

グラニュー糖

1g

30g

1

強力粉

50g

2g

グラニュー糖1g30g

図１ ドライイーストの量の違いによる

2

強力粉

50g

1g

グラニュー糖2g

30g

発酵の速さの比較

3

強力粉

50g

1g

グラニュー糖1g36gで比較した。その結果、ドライイーストが 1g の生地は

4

薄力粉

50g

1g

グラニュー糖1g

30g

2 倍に発酵するまで 27 分かかり、2g の生地は 18 分か

5

強力粉

50g

1g

上白糖

1g

30g

かった（図１）
。

強力粉

50g

1g

三温糖

1g

30g

このような結果から、ドライイーストが増えた分、炭*DY：ドライイーストの略

酸ガスの発生量も増えて、発酵が早くなったと考えられる。この仮説が正しいか調べるため、検証実験とし

実験 1 ではドライイーストの量を変えた。具体的にてアインホルン管を使って炭酸ガスの発生量を測定しは、ドライイースト 1g と 2g を比較した。

た。その結果、1g のものは、20 分間で 2.8ml 炭酸ガス

実験 2 では、砂糖の量を変えた。具体的には 1g とを発生し、2g のものは、16.5ml 発生した。2g のほう

2g を比較した。

が炭酸ガスの発生量が多いことから、この仮説は正し

実験 3 では、水の量を変えた。具体的には 30g と 36gを比較した。36g に設定した理由は、生地をこねることができる、限界の量を調べたところ、36g 以上は、水分が多すぎてまとめることができなかったからだ。
実験 4 では、小麦粉の種類を変えた。具体的には強力粉と薄力粉を比較した。なお、強力粉と薄力粉の違

1g

いはタンパク質の量で、強力粉のほうにタンパク質が2g

写真 3 焼成後のパンの写真多く含まれる。
いといえる。また、炭酸ガスの発生量と生地の膨らみ

実験 5 では砂糖の種類を変えた。具体的には、グラは比例しないことが分かった。なお、断面を比較すると 1g の生地の方がきれいだった（写真 3）。
美味しさの評価を図 2 に示す。試食の結果 2g の生地- 2間7 -

パンが早く発酵する条件を見つける

はイースト臭が強かったことも分かった。

4g、5g の生地は、発酵がおそかった。このような結果
から、砂糖の量を増やしすぎると、イーストの働きを抑えてしまうと考えられる。
（３）水の量の影響
実験 3 では、水の量を変えて、水 30g と 36g で比較した。その結果、水の量が 30g の生地は、2 倍に発酵するまで 36 分かかり、水の量が 36g の生地は 27 分か
かった（図 5）。これは、水が多いほど、グルテンの膜が強くなり、炭酸ガスが抜けにくく、発酵が早くなっ

図 2 ドライイーストの量の違いによる美味しさの比較たのではないかと考えた。

（２）砂糖の量の影響
実験 2 では、砂糖の量を変えて 1g と 2g で比較した。
その結果、砂糖が 1g の生地は 2 倍に発酵するまで 30分かかり、2g の生地は 24 分かかった（図 3）。

図 5 水の量の違いによる発酵の速さの比較

おいしさの評価を図 6 にしめす。水 30g の方が、生地がやわらかく、香ばしかった。断面は、水 30g と 36gに変化はみられなかった（写真 5）。
図 3 砂糖の量の違いによる発酵の速さの比較

おいしさについて、図 4 にしめす。砂糖が 2g の生地のほうが、甘かった。断面は 1g の生地のほうが、よかった（写真 4) 。

図 6 水の量の違いによる美味しさの比較

図 4 砂糖の量の違いによる美味しさの比較
30g

36g

写真 5 焼成後のパンの写真（４）小麦粉の種類の影響
実験 4 では小麦粉の種類を変えて、強力粉と薄力粉
1g

2gで比較した。その結果、強力粉で作った生地は、2 倍

写真 4 焼成後のパンの写真に発酵するまで 33 分かかり、薄力粉で作った生地は、
39 分かかった（図 7）。

また、追加実験としてさらに砂糖の量を増やし、（1g、強力粉の方がタンパク質の量が多いので、グルテン

2g、3g、4g、5g）発酵の速さを比べた。その結果、砂が多く作られ、炭酸ガスが抜けにくく発酵が速かった

糖が 2g、3g の生地は早く発酵した。しかし、砂糖がのではないかと思われる。

- 381 -

菊池美歩

また、追加実験としてアインホルン管を使い炭酸ガ
スの発生量を測定した。その結果、グラニュー糖のものは、20 分間で 3.8ml、上白糖は、2.6ml、三温糖は、2.2ml 炭酸ガスを発生した。このような結果から、発酵の速さを調べた実験の結果は、正しいとえる。
おいしさについては、図 10 にしめす。上白糖の生地が最も甘かったことが分かった。また、上白糖と三温糖は香ばしさが強かったこともわかった。断面に変化はみられなかった（写真 7）。
図 7 小麦粉の種類の違いによる発酵の速さの比較

おいしさについては、図 8 にしめす。薄力粉のほうが、生地がやわらかく、香ばしかった。断面に変化はみられなかった（写真 6）。
図 10 砂糖の種類の違いによる美味しさの比較

図 8 小麦粉の種類の違いによる美味しさの比較
グラニュー糖 上白糖 三温糖
写真 7 焼成後のパンの写真（６）基本条件と最適条件の比較
最後に実験 6 として、基本条件と実験 1 から 5 から強力粉得られた最適条件を比較した。条件は、強力粉 50g、

薄力粉

ドライイースト 1.5g、グラニュー糖 2g、水 36g だ。

写真 6 焼成後のパンの写真

ドライイーストの量を 2g ではなく、1.5g にした理由
は、実験 1 の結果から、ドライイーストを 2g にすると

（５）砂糖の種類の影響

発酵は早くなるが、匂いや断面の点で，問題があると

実験 5 では、砂糖の種類を変えてグラニュー糖、上分かったからだ。なので、1g と 2g の間をとって 1.5g

白糖、三温糖の 3 種類を比較した。その結果、とした。実験を行った結果、基本条件の生地は、2 倍

グラニュー糖を使った生地は、2 倍に発酵するまで、に発酵するまで 30 分かかり、最適条件を組み合わせた30 分、上白糖の生地は 36 分、三温糖の生地は 39 分

条件は、2 倍に発酵するまで 12 分かかった（図 11）。

かかった（図 9）。グラニュー糖はイーストが餌とする、追加実験として、生地の体積を測る菜種法実験を行っショ糖が含まれている割合が、最も高いので、早く発酵したのではないかと考えた。

図 11 基本条件と最適条件を組み合わせた条件の発酵の速さの比較
図 9 砂糖の種類の違いによる発酵の速さの比較- 79410 -パンが早く発酵する条件を見つけるた。その結果、基本条件の生地の体積は 120.8 ㎤、・小麦粉と薄力粉の違いとは？種類や特徴を解説

最適条件を組み合わせた条件は、129.2 ㎤だと分かっ

https://delishkitchen.tv/articles/86
・パンの発酵の仕組みと、発酵を左右する要因【わかりやす

た。このような結果から、最適条件を組み合わせた条く図解】元パン屋のぱんぶろぐ

件のほうが、実際に生地を焼いたとき、生地がよく膨

https://breadandsomething.com/fermentation-overview/

らむことが分かった。

・グラニュー糖 - Wikipedia

おいしさについては、図 12 にしめす。最適条件を組

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%83

み合わせた条件のほうが、全体的に評価がよかった。

%8B%E3%83%A5%E3%83%BC%E7%B3%96

具体的には、香ばしさが強く、基本条件より断面がき・上白糖 - Wikipedia

れいだった（写真 8）。また、最適条件を組み合わせたhttps://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%8A%E7%99%BD%E7%B3

条件のほうが、甘く、生地がやわらかかった。

%96
・三温糖 - Wikipedia
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E6%B8%A9%E7%B3%96
・パンの一次発酵ってなに？どんな状態になればよいの？ |富澤商店 Column
https://tomiz.com/column/cooking-faq/206/#:~:text=%E4%
B8%80%E6%AC%A1%E7%99%BA%E9%85%B5%E3%81%AF%E7%94%9F%E
5%9C%B0%E3%82%92,%E3%81%B5%E3%81%8F%E3%82%89%E3%81%B
E%E3%81%9B%E3%82%8B%E3%81%AE%E3%81%8C%E7%9B%AE%E7%9A

図 12 基本条件と最適条件を組み合わせた条件の%84%E3%81%A7%E3%81%99%E3%80%82

美味しさの比較・お砂糖の種類 | お砂糖を知る | SUGAR LAB / シュガーラ
ボ
https://www.nissin-sugar.co.jp/sugarlab/know/01/

基本条件 最適条件
写真 8 発酵後の生地の写真と焼成後のパンの写真

４．まとめ
以上の結果をまとめると、発酵を早くする条件は、イーストの量を増やすこと。砂糖の量を増やすこと。
しかし、増やしすぎてはいけない。水の量を多くすること。強力粉を使うこと。グラニュー糖を使うことである。
パンを香ばしくするには、水の量を増やすことと、薄力粉を使うことがよいと分かった。またやわらかいパンにしたい場合も、水の量を増やすことと、薄力粉を使うことがよいと分かった。甘いパンにするには、砂糖の量を増やすことと、上白糖を使うことがよいと分かった。

５．おわりに最初の目的ある、一時発酵時間を短縮する条件を求めることができた。この研究でわかったことを実際のパン作りにも取り入れていきたいと思う。

参考文献
-10
5n

自然の防災施設、緑のダムについて～湿地帯と降水量～
田中 友翔
津市立南立誠小学校 学年 6 年
Yuto Tanaka
要旨
僕は緑のダムについて調べるために、三重県鈴鹿市にある鈴鹿青少年の森の湿地帯に行った。
そこの地下水位と降水量を調べ、浅い箇所と深い箇所の間に水を通過させない層があることが分かった。

キーワード:湿地、森林 緑のダム

１．はじめに
僕は何でも決められない性格だ。なので、調べ
たいことも、なかなか決められない。生物、気象、
自然、環境問題、緑のダム。緑のダム？緑のダムは考えたら候補だった、ほぼ全ての項目と関わっていた。

鈴鹿青少年の森

湿地帯の様子鈴鹿青少年の森

湿地帯の様子森林は、様々な働きを持っている。空気をきれいにしたり、人に癒しを与えたり。
中でも僕が驚いたのは、ダム働きだ。水まで溜められるなんて、もはや森林は防災の域にまで達している。
三重県鈴鹿市鈴鹿青少年の森には、貴重な湿地帯（右上写真 2 枚）がある。そこにはシラタマホシ
クサや、サギソウ（右下写真・下写真）など、絶滅の危機に瀕している希少植物が、多数生息している。
今回は、この湿地帯の地中の水位と、降水量の関係を調べてみようと思う。

サギソウ 2022/8/5

サギソウ 2022/８/５- 11 -

２．材料と方法

３地点

林の中

いくつかの地点で写真のように観測井戸を掘り、その中に水位を計測するデータロガーを入れる。井戸はそれぞれ場所・深さが違い、そこから一番近い亀山観測所の降水量のデータと水位の関係を調べた。
それぞれの地点の井戸の深さは表 1 の通りだ。

落葉から常緑広葉樹へと移っており、落葉樹ではハゼノキなど、常緑樹ではカラカシ、カクレミノ、クロバイなどが混ざっている。

観測井戸の様子

このように、２つの井戸が近くにあることもある。
表１:井戸の採掘の深さ

この場合、１a・１ｂのようになる。

調査地点

各地点はこのような場所だ。

２－ａ ２－ｂ

井戸の深さ（ｃｍ） 75
２a 地点

林の入り口

140

3
145

※本当は全部で 9 地点あるが、結果がきれいに出た 3 地点を使用

３．結果
２ａ地点は降雨量に対して変動している。また、
深さ 75 ㎝のうち、最終的に地下水位が約 30 ㎝なため、地上から 45 ㎝のところに水面があると言える。
２ｂ地点は上昇した後一定の水位を保っている。
また、140 ㎝のうち最終的に地下水位も約 140 ㎝
なため、ほぼ地面の高さまで水位が上がっている。
３地点は地下水位が上昇し続けている。

2ｂ地点 林の入り口 （2a と 2b は隣）

データロガー- 12 -

地下水位
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
15

10

地下水位

地下水位

- 13 -

降雨量

．

降雨量

20

20

15

10

5

0

降雨量

05/11/22 12:00:00…
05/15/22 10:00:00…
05/20/22 08:00:00…
05/25/22 06:00:00…
05/30/22 04:00:00…
06/04/22 02:00:00…
06/09/22 12:00:00…
06/14/22 10:00:00…
06/19/22 08:00:00…
06/24/22 06:00:00…
06/29/22 04:00:00…
07/04/22 02:00:00…
07/09/22 12:00:00…
07/13/22 10:00:00…
07/18/22 08:00:00…
07/23/22 06:00:00…
07/28/22 04:00:00…
08/02/22 02:00:00…
08/07/22 12:00:00…
08/12/22 10:00:00…
08/17/22 08:00:00…
08/22/22 06:00:00…
08/27/22 04:00:00…
09/01/22 02:00:00…
09/06/22 12:00:00…
09/10/22 10:00:00…
09/15/22 08:00:00…
09/20/22 06:00:00…
09/25/22 04:00:00…
09/30/22 02:00:00…
10/05/22 12:00:00…
10/10/22 10:00:00…

0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0

05/11/22 12:00:00…
05/15/22 06:00:00…
05/20/22 12:00:00…
05/25/22 06:00:00…
05/30/22 12:00:00…
06/03/22 06:00:00…
06/08/22 12:00:00…
06/13/22 06:00:00…
06/18/22 12:00:00…
06/22/22 06:00:00…
06/27/22 12:00:00…
07/02/22 06:00:00…
07/07/22 12:00:00…
07/11/22 06:00:00…
07/16/22 12:00:00…
07/21/22 06:00:00…
07/26/22 12:00:00…
07/30/22 06:00:00…
08/04/22 12:00:00…
08/09/22 06:00:00…
08/14/22 12:00:00…
08/18/22 06:00:00…
08/23/22 12:00:00…
08/28/22 06:00:00…
09/02/22 12:00:00…
09/06/22 06:00:00…
09/11/22 12:00:00…
09/16/22 06:00:00…
09/21/22 12:00:00…
09/25/22 06:00:00…
09/30/22 12:00:00…
10/05/22 06:00:00…
10/10/22 12:00:00…

地下水位

図１:２ａ地点の降水量と地下水位観測井戸2-a（深さ75cm）の水位
30

25

5

0

降雨量

図２:２ｂ地点の降水量と地下水位観測井戸2-b（深さ140㎝）の水位変動
30

25

地下水位
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
05/11/22 12:00:00…
05/15/22 06:00:00…
05/20/22 12:00:00…
05/25/22 06:00:00…
05/30/22 12:00:00…
06/03/22 06:00:00…
06/08/22 12:00:00…
06/13/22 06:00:00…
06/18/22 12:00:00…
06/22/22 06:00:00…
06/27/22 12:00:00…
07/02/22 06:00:00…
07/07/22 12:00:00…
07/11/22 06:00:00…
07/16/22 12:00:00…
07/21/22 06:00:00…
07/26/22 12:00:00…
07/30/22 06:00:00…
08/04/22 12:00:00…
08/09/22 06:00:00…
08/14/22 12:00:00…
08/18/22 06:00:00…
08/23/22 12:00:00…
08/28/22 06:00:00…
09/02/22 12:00:00…
09/06/22 06:00:00…
09/11/22 12:00:00…
09/16/22 06:00:00…
09/21/22 12:00:00…
09/25/22 06:00:00…
09/30/22 12:00:00…
10/05/22 06:00:00…
10/10/22 12:00:00…

20

15

10

5

地下水位

4.考察
浅い井戸のほうが降水量の影響をすぐに受けていた。深いほうの井戸はほぼ降水量と無関係といえるが、日々増えていることは事実だ。
地下の浅い箇所と深い箇所では、水の流れが異なっており、浅い井戸と深い井戸の間に水を通過させない粘土層（難透水層）があると考えられる。
深く掘った井戸の方が浅く掘った井戸よりも水面が高いところにきている。一般的に粘土層の下では、地下水に強い圧力が加わっていることが多く、（この水を被圧水と呼ぶ）粘土層よりも下まで掘った井戸では圧力のかかった水が押し上げられて高い位置まで上がってきているのではな
いか。
この研究を通じて、地下水と言っても単純に一つにまとめられるものではなく、雨に対応する流れや、対応しない流れがあり、地下水の流れは複雑だということが分かった。だからこそ私たちは自然が持っている水の流れのことをさらに詳し
く調べていかなくてはならない。

謝辞

学教育学部平山大輔先生に心より感謝申し上げます。

本研究を進めるにあたりご指導いただいた、三重大

また、このような他にないとても貴重な機会を与えてくださったジュニアドクター育成塾の後藤太一郎先生

をはじめ、ご協力いただいた先生方に心より感謝いたします。

- 14 降雨量0

降雨量

図３:３地点の降水量と地下水位観測井戸3（深さ145㎝）の水位
30

25

食物から作るストローで水は飲めるか
川嶋春輝
三重大学教育学部附属中学校

１．はじめに２年

形が崩れるのを防ぐためにコーンスターチ（でんぷん）を入れた。しっかり固くなって形はぐずれなくなったが、でんぷんが原因でカビが生えてしまった。
四種類の寒天の特徴は次の表のようになった。

私は一年生の自由研究で身近にある海洋マイクロプ
ラスチック問題について調査をし、解決策としてプラスティックの代用品であるカゼインプラスチックを作るった。カゼインプラスチックを作って、他にもプラスチックの代用品に触れてみたいと思った。
今回の研究では世界で問題になっているプラスチッ
クごみの問題に着目して、石油由来のプラスチックを使わずに作ることのできる環境にやさしいストローを作ってみることにした。素材は寒天にした。

実験（３）
カビが生えるのを防ぐため口に入っても安全かつ殺菌力のある酢を入れてみることにした。
鍋に水、粉末寒天、コーンスターチ、酢を入れる
以外は実験（１）と同じ手順だ。コーンスターチの量は一番結果がよかった 0.9ｇ、よく換気をして実験を行った。

２．材料と方法
粉末寒天 3 g

水 200 mL←資料に書いてあった割合
今回必要な量 シャーレ８個分の約 220 g＝粉末寒天 4 g

水 約 265 mL 沸騰させてかき混ぜた
できた液体をシャーレに入れ固めた(厚さ 5 mm)
固まったら板の上にサランラップを敷きその上にのせて外で乾燥させた
実験（１）
まずは寒天を作る。鍋に水と粉末寒天を入れ火にかける。沸騰するまで煮詰めたらシャーレに入れ固める。
固まったものをまな板の上に乗せ外に出し乾燥させた
あと丸めてストローにする。

結果（１）
実際にストローはできた。しかし飲み物を飲むと柔らかくなってしまい形が崩れてしまった。

結果（３）
酢を入れたことによりカビが生えずに乾燥させることができた。適量のコーンスターチ(0.9ｇ)を入れたことにより形が崩れにくいしっかりとした素材ができた。
できた素材を使いストローを作ってみると非常に丈夫なものができた。前回は形が崩れるのを防ぐため練った米粒を接着剤として使いストローを固めたが今回は何もつけずに固めることができた。実際に液体を飲んでも形は崩れなかった。
４．考察

実験（２）

実際に寒天で作ったストローで飲料を飲むことがで形が崩れるのを防ぐために形を戻りにくくする性質があるでんぷんを入れていることにした。
今回の実験では手に入りやすいコーンスター
チを使用した。鍋に水、粉末寒天、コーンスター
チを入れる以外は実験（１）と同じ手順だ。
コーンスターチの量が 0.3ｇ、0.6ｇ、0．9ｇ、1.2ｇと四種類の寒天を作った

き、低コストで作成することが可能なため実用性はかなりあると思う。プラスチックより優っている点は洗って再度使用できるという点だと考える。しかし、作るのに時間がかかり量産が難しい点や、生物から作っているためいつかはカビが生えてしまう点がプラスチックより衰えている。
量産できるようにし、カビが生えないようにしたら海に浮かぶプラスティックストローは激減するだろう。

結果（２）この寒天プラスチックが世界に広まってほしい。
- 15 -

寒天プラスチックの開発
参考文献
水野日暖 古井真愛 奥村奈央 酒井悠妃
寒天プラスチックの開発
https://school.gifu-net.ed.jp/ena水野日暖 古井真愛 奥村奈央 酒井悠妃
hs/ssh/H31ssh/sc2/21931.pdf
https://school.gifu-net.ed.jp/enahs/ssh/H31ssh/sc2/21931.pdf- 16 -

Python を用いたスイングバイ航法のシミュレーション

佐藤瑛斗
鈴鹿市立鼓ヶ浦中学校 2 年
Akito Sato
要旨
第一段階では、台車に乗せたブロックを天体、同じく台車に乗せた砂粒を探査機として、スイングバイ航法を再現しようとした。物体どうしの間にはたらく引力が小さいのでスイングバイ航法を再現することは難しいということが分かった。天体と探査機の運動をシミュレーションで再現し、スイングバイ航法について調べることにした。

キーワード: スイングバイ航法 シミュレーション Python

１．はじめに𝐹=𝐺

𝑀𝑚

私は幼稚園の頃から、プラネタリウムに通っており

𝑟²

宇宙が大好きだ。2019 年のはやぶさ 2 のプラネタリウ

ここで、G は万有引力定数（6.647×10-11 𝑁ｍ²⁄𝑘𝑔²）

ムプログラムを見てからスイングバイ航法について興である。時刻ｔにおける探査機の位置のｘ座標と、ｘ方味を持った。

向の運動量をそれぞれ x(t)、px(t)とし、次の式で次の第一段階では、台車に乗せたブロックを天体、同じ

時刻 t+h（h は時間幅）の位置のｘ座標と、ｘ方向の運

く台車に乗せた砂粒を探査機として、スイングバイ航動量を計算する（Fx はｘ方向に働く力）。

法を再現しようとした。物体どうしの間にはたらく引力が小さいのでスイングバイ航法を再現することは難x(t+h)=x(t)+vxh

しいということが分かった。

px(t+h)=px(t)+Fxh

第二段階では、天体と探査機の運動のシミュレーションプログラムを作成し、スイングバイ航法をコンピ

ｙ方向、ｚ方向に関しても同様に計算した。今回は天体

ュータ内に再現した。

と探査機のパラメータの代わりに太陽と地球のパラメータを用いた（M=2×1030kg, m=6×1024kg）。また計算の２．研究について際には h=5×104s という値を用いた。

（１）研究方法

３．計算結果プログラミング言語 Python を用いて天体と探査機

図１にスイングバイの様子を示す。赤い矢印は、青いの運動のシミュレーションプログラムを作成した。

天体が黄色い天体から受ける万有引力の方向を表して

Python は初心者でも文法が理解しやすくデータ解析やいる。シミュレーションを実行してみると、万有引力にシミュレーションのための便利なパッケージが数多く

よって青い天体が加速され、方向を変えた後遠くに離用意されている。天体と探査機の運動方程式を解くプ

れていく様子が観測できた。

ログラムを作成し、VPython パッケージを用いて計算

図２は青い天体の速さの時間変化を示している。

結果を可視化した。

徐々に速さが増加していき、ある時刻に急激に速さが増加していることがわかる。最初の速さに比べると、速（２）計算について

さが１００倍以上増加することが分かった。このことから青い天体は万有引力の作用で、スイングバイを行

距離ｒだけ離れた天体（質量 M）と探査機（質量 m）の間には、次の万有引力Ｆが働く。

- 17 -ったと考えることができる。

三重大学附属中学校教頭（前鈴鹿市立鼓ヶ浦中学校教頭）津田智康先生および鼓ヶ浦中学校の諸先生方、研究に必要な統計学をご指導頂いた平山大輔先生、ジュニ
アドクター講義で様々なことを教えて頂いた阿部幸夫
先生、そして、この研究を始めるきっかけを頂いた鈴鹿市文化会館元プラネタリウム指導員水谷潔先生、本当にありがとうございました。心より御礼申し上げます。

図１：スイングバイのシミュレーションの様子

図２：探査機の速さの時間変化

４．まとめ
プログラミング言語 Python を用いて、天体と探査機の運動のシミュレーションプログラムを作成した。計
算結果を見てスイングバイ航法を上手く再現できたと私は考えた。今後は今回作成したシミュレーションを用いて、スイングバイが実現できる条件を調べていきたい。
謝辞
最後に、今まで研究をご指導頂いた三重大学教育学部國仲寛人先生、第一段階で研究の基礎をご指導頂いた三重大学教育学部後藤太一郎先生、研究の基礎となるスイングバイの自由研究の実験を支えてくださった- 18 -

マスク焼けを防ぐには。
板東陸佳
四日市市立三重平中学校

第３学年

Rikuka Bando
要旨
最近、マスクを新型コロナウイルス感染症の影響でよくつけるようになった。そのため、マスクを着けていない部分のみ日焼けすること(マスク焼け)が多くなった。これを防ぐにはどのようにしたらいいのだろうか。本研究ではまず、1 年の中では７月、1日の中では正午に、日光中の紫外線が最も大きくなることを確認した。日焼け止めのうち、トーンアップ用など化粧品としての要
素がある日焼け止めは紫外線防止効果が低いことがわかった。以上の実験結果から、マスク焼けを防ぐには、夏場や日中はより注意して、マスクをしていない部分に日焼け止めを塗ること、また紫外線を防止するのに特化した日焼け止めを使用することが有効だとわかった。

キーワード:マスク焼け、紫外線量、日焼け止め、不織布マスク

１．はじめに

２．材料と方法

マスク焼けには紫外線が関係している。太陽光は波（１）日光中の紫外線量に関する気象データ
気象庁のデータにて、
2022 年の津市の季節ごとの UV

長により、」赤外線、可視光線、紫外線に分けることができる。紫外線の中でも波長の長い方から UV-A、インデックス（紫外線が人体に及ぼす影響の度合いをUV-B、UV-C と区別される。(図１、２参照)

指標化したもの）を調べた。また四日市市での一日の

これまでの実験から日焼け止めや不織布マスクは二日光中の紫外線量について、紫外線強度計（TA415VB、株式会社イチネン TASCO）を用いて測定した。

校に含まれる紫外線の防止効果があり、その二つを併用することで、より紫外線を防ぐことができるとわかった。本研究では、各種日焼け止めの紫外線防止効果（２）不織布マスクと日焼け止めの紫外線防止効果を比較することで、マスク焼けを防ぐための方法を提不織布マスク（W2208263293，イオン株式会社）と日案することを目的とした。

焼け止め（スキンアクアスーパーモイスチャージェル
ゴールド、ロート製薬株式会社）を用いて、それぞれの紫外線防止効果を調べた。日焼け止めはプラ板に塗布して使用した。紫外線高原には 2 つの紫外線 LED（UVA:325nm、UV-B：278nm）を用いた。不織布マスク及び日焼け止めを透過した紫外線量を、紫外線強度計を用いて測定した。
（図３）

図１

光の波長と紫外線について↓LED↓
波長(nm)

UV-A

UV-B

図２

315~400

280~315

大気によ

生物に与

日射に占

る吸収

える影響

める割合

あまり受

UV-B より

数%

けない。

小さい。

大部分が

大きな影

吸収。

響。

0.1%

図 3 不織布マスク及び日焼け止めを透過した紫外線の測定方法
紫外線 LED と紫外線強度計の距離は 1.0 ㎝または 5.3 ㎝で測定を行UV-A と UV-B の特徴った。

- 19 -

３．結果（３）各種日焼け止めの紫外線防止効果
8 種類の日焼け止めを用意した（図 4）。すべての日気象庁のデータによると、2022 年の津市では、7 月

焼け止めは SPF50⁺、PA++++のものである。SPF とはの UV インデックスが 6.5 であり、最も日光中の紫外

UV-B を防ぐ指標である。数字が大きいほど、UV-B を線量が多いことがわかった（図 5）。また、四日市市に防ぐ効果が大きく、最大が 50⁺である。PA とは UV-Aて 1 日の日光中の紫外線量を測定したところ、正午のを防ぐ効果の指標である。＋の数が多いほど UV-A を

紫外線量が 3477 であり、1 日うちで最も大きくなるこ

防ぐ効果が大きく、最大が PA++++である。各種日焼けとがわかった（図 6）。

止めの紫外線防止効果を図 3 で示す方法で評価した。

日焼け止めと不織布マスクは、日光中の紫外線の防プラ板に塗布する日焼け止めの量は約 1.5 ㎎±0.1 ㎎と止効果があることがわかった。日焼け止めまたは不織した。

布マスクを使用しなかった場合の紫外線量を 100％とすると、日焼け止めを使用した場合は約 15％、不織布
マスクを使用した場合は約 20％であった。また、日焼け止めと不織布マスクを併用した場合、紫外線透過率
は約 3％であり、紫外線透過率がより低くなることがわ
かった。
（図 7）
。

図５ 季節ごとの紫外線量(津市：2022)
太陽から降り注ぐ紫外線量（四日市）

4000
3000

2000
図 4 実験に用いた８種の日焼け止め

1000

すべて SPF50⁺と PA++++の日焼け止めを使用した。

0

図 6 一日の日光中の紫外線量の変化（四日市市：2022）
縦軸は 1 日の紫外線量（㎼/㎠）を示す。

- 20 -

そのまま

日焼け止め

不織布マスク

日焼け止め＋

図 9 各種日焼け止めの UV-A、UV-B の透過率

不織布マスク

図７日焼け止めと不織布マスクの日光中の紫外線の透過率

縦軸は紫外線透過率（％）を示す。

縦軸は紫外線透過率（％）を示す。

４．考察
つづいて、不織布マスクまたは日焼け止めを透過す

1 年の中では 7 月、1 日の中では正午に、日光中の紫る UV-A 及び UV-B の量を評価した。紫外線 LED と紫外線が最も大きくなった（図５、６）。そのため夏や昼

外線強度計の距離を 5.3 ㎝とした場合、日焼け止めをに紫外線量は最も大きくなる。太陽の南中高度も夏や透過する UV-A は 5.5％、不織布マスクを透過する UV-

昼に最大となるため、紫外線量と関係あると考えられ

A は 15.3％だった。一方で、日焼け止め及び不織布マる。

スクを透過する UV-B は検出できなかった（図 8）。紫

日焼け止めや不織布マスクを用いることで紫外線透外線 LED と紫外線強度計の距離を 1.0 ㎝とすると、日過量は減少したため（図 7）、日焼け止め不織布マスク

焼け止め及び不織布マスクを透過する UV-B を検出でには紫外線防止効果があると考えられる。また、日焼

きた。日焼け止めを透過する UV-B は約 13％、不織布

け止めと不織布マスクを併用したことで、より紫外線マスクを透過する UV-B は約 40％だった。以上の結果

透過量は減少した。よって、日焼け止めと不織布マスから、不織布マスクと比較して、日焼け止めの UV-A、クを併用することで、紫外線防止効果は大きくなる。

UV-B の防止効果は高いことがわかった。また、UV-B

F、G、H の日焼け止めは特に紫外線透過率が高かっの透過率は UV-A と比較して小さいことがわかった。

た。
（図 9）このことから、トーンアップ用など、化粧最後に多種の日焼け止めの紫外線防止効果を評価し品としての要素がある日焼け止めは紫外線防止効果がた。すべての日焼け止めは SPF50⁺、PA++++のものを用低いものと考えられた。

いているにも関わらず（図 4）、紫外線透過率には違い以上のことからマスク焼けを防ぐには、日焼け止めがみられた。C,F,G,H の日焼け止めは、特に UV-A の透を塗ることが最も効果的であると考える。ただ、マス過率が大きかった（図 9）。A 以外の日焼け止めでは、クをしている部分は日焼け止めと併用しているため、

UV-A の方が UV-B の透過率よりも大きかった。

していない部分に比べ紫外線防止効果は高くなってい

15.3
5.5
UV-A

0.0 0.0
UV-B

日焼け止め

不織布マスク

図 8 日焼け止めと不織布マスクの UV-A、UV-B の透過率
左図に紫外線 LED と紫外線強度計の距離が 5.3 ㎝の場合の UV-A 及び UV-B の透過率を、右図に紫外線 LED と紫外線強度計の距離が 1.0 ㎝の場合の、UV-B の透過率を示す。縦軸は紫外線透過率（％）を示す。

- 21 -

る。そのため、マスクをしていない部分により日焼け止めを塗るべきである。また、日焼け止めにトーンアップなどの要素を求めていないのであれば、紫外線を防止するのに特化した日焼け止めを使うべきである。
特に、夏場や日中外に出る際は紫外線が強いため、より念入りに日焼け止めを塗ることが重要である。

参考文献
気象庁 HP
https://www.data.jma.go.jp/gmd/env/uvhp/3-40uv.html
https://www.data.jma.go.jp/gmd/env/uvhp/link_uvindex_m
onth54.html

ロート製薬株式会社 HP
https://jp.rohto.com/learn-more/suncare/column/spf_pa/

謝辞
今回の研究にあたり丁寧にご指導してくださった三
重大学教育学部の市川俊輔先生、実験を手伝ってくださった藤本晴香さんに感謝申し上げます。

- 22 -

サワガニの個体間の関係に関する研究
石倉 成実
尾鷲市立尾鷲中学校 1 年
Nami Ishikura
要旨
サワガニはきれいな川の上流に生息するカニで、私の住んでいる地域で採集できる。サワガニを飼育していると、近づいたときに寄って来ることがあったので昨年、馴れについて研究した。複数一緒に飼育していると、甲羅の大きい個体の方が馴れやすく、ピンセットから餌を取るようになった。そこで、今年度は 2 個体を隔離飼育して、個体間の関係を調べてみることにした。オスとメスの組み合わせを作り、餌を与えたときに馴れるまでの日数測定や、２個体間での行動観察をした。隔離飼育をすると、馴れるまでの日数は大きさに関係がみられなかった。また、オスとメスのペアでは仕切版に近寄ったり、仕切り版を外した際にオスが特異な行動を示すことがあった。しかし、交尾行動は見られなかった。着色した餌を与えて尿を見えるようにすると、オス同士の場
合、攻撃的なオスが尿を放出した。このような行動はアメリカザリガニでも知られている。アメリカザリガニは外来種のために飼育が困難なことから、在来種であるサワガニを使うことで、甲殻類の行動実験を行う事ができる。

１．研究目的（１）実験動物

私は甲殻類の行動に興味を持ち、アメリカザリガニ

サワガニの採集を使って調べようとしたが、私の住んでいる地域にア

2022 年 5 月に三重県度会郡大紀町の大内山川中流奥

メリカザリガニはいない。また、外来種であることか

河内川でサワガニを採集した（図 1．2）。

ら、扱うことに注意が必要であると聞いた。2021 年 6

採集した個体は 11 個体で、甲羅の幅が 2cm が 4 個体

月に地域の川にサワガニが生息していることから採集(オス 2 個体、メス 2 個体)、1.8cm が 7 個体(オス 5 個して飼育を始めた。

体、メス 2 個体)だった。

2021 年 6 月から 11 月まで、甲羅の幅 1.4cm からから 2.8cm の 9 個体のサワガニを用いて、人に馴れるまでにどのくらい時間がかかるか調べた。人が近ずくと逃げていたが、毎日ピンセットで餌を与えると、次第に馴れてきて、餌をピンセットで近づけると餌を取りに来るようになった。ピンセットから餌をとるまでに
20 日ほどかかった。馴れは大きな個体で早くみられたが、小さい個体でも強い個体で見られた。
このことから、サワガニの個体間で強い個体と弱い個体がいることに興味を持ち、今年度は 2 個体の間で図 1．大紀町

大内山川中流奥河内川

どのようなことが見られるか調べることにした。そのために、仕切り版のついている水槽で 2 個体を隔離飼育して、行動の様子を観察した。また、ザリガニでは闘争行動や交尾行動の時に尿を放出することが知られていることから、尿放出についても調べることにした。
＊ここでの強い個体とは、威嚇行動により相手を追い払う、闘争をしかける、餌を奪うなどの行動がみられる個体。弱い個体とは、他の個体から逃げる、隠れる、餌を奪われるなどの行動がみられる個体とする。

２．研究方法図 2．サワガニを採集している様子- 23 -

サワガニの飼育（２）行動実験

中央に仕切り版を取り付けることができるプラスチ
ック水槽（マルカン

馴れるまでの時間

PW-15、幅 23 ㎜、奥行き 160 ㎜、毎回、餌を与えたときに食べに来るまでの時間を計

高さ 15 ㎜）に 1 個体ずつ隔離して飼育した。仕切り版

測した。これにより、サワガニが馴れるまでの時間をにはスリットがあり、水はつながっている。8 個体を 4調べた。

個の水槽で飼育した（図 3）。

仕切り版があるときの行動
仕切り版がある状態で、2 個体の行動を観察した。仕切り版に近づくかどうかを主な指標とした。
仕切り版を外した時の行動
仕切り版を外した時の 2 個体の行動を観察し、各個体の行動を記録した。行動としては、接触、闘争、逃避、交尾、尿放出を調べた。

３．結果（１）馴れるまでの時間
最初の 6 日間は餌を与えると逃げていたが、次第に図 3．仕切り版のある水槽で飼育している様子

逃げなくなった（図 5）。最も早く餌に寄ってくるよ
サワガニの甲羅に白マジックで番号を書き、個体識うになったのは、6 番のメス個体で 15 日目であっ別ができるようにした。
4 つの水槽でオスとメスを組みた。他に寄って来たのは、1 番のオス個体で 27 日目

合わせて隔離飼育した（表 1，図 4）。

だった。

餌としては、金魚の餌を 1 日おきに与えた。水の交

餌に来るまでの時間は 6 番が最も短く、１番も馴れ

換は１週間に１回行った。

てきてからは短くなった（図 6）。しかし、餌に来る尿を可視化するために、蛍光色素であるフルオレセ

までの時間にはばらつきが多く、時間がかかった。

インナトリウムで染めた餌を与えた。

異性ペアではオスの個体の方が先に餌に寄って来る

この餌の作成は、三重大学教育学部の後藤太一郎先生

ことが多かった。同性ペアでは比較的弱い個体の方がに作成していただいた。フルオレセインナトリウムを先に餌に寄って来た。

少量の水で溶かした中に餌を入れて１晩しみこませた後、乾燥機で乾燥した。
ペア

ペア１ 異性
日数
1
4
6
9
11
13
15
18
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
45
47
49
51
53
55
58
60
62
65
67
69
72
75
78
81
84
87
90
92
94
96
98
100

個体

1

オス

×

メス

2

オス

×

オス

3

メス

×

メス

4

オス

×

メス

表 1．隔離飼育した組み合わせ

0

ペア１
ケース①

オス
オス ２.１㎝
2.1㎝

メス
メス２.２㎝
2.2㎝

ペア２
ケース②

オス
オス １.４㎝
1.4㎝

メス
オス１.５㎝
1.5㎝

ケース③
ペア３

メス ２.０㎝
2.0㎝
オス

メス１.９㎝
1.9㎝
メス

ケース④
ペア４

オス ２.０㎝
2.0㎝
オス

メス２.０㎝
2.0㎝
メス

図 4．仕切り版のある水槽で飼育したサワガニ

ペア２ オス同士 ペア３ メス同士

2

3

4

5

6

7

8

1
1
1
2
3
3
3
2
4
3
2
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3
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2
2

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1
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1
1
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3
5
5
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2
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3
2
2
2
2
2

1
1
1
2
2
3
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2
3
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2
2
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2
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4
4
3
3
2

1
1
1
2
2
2
2
3
2
3
2
2
1
2
3
2
2
3
2
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4
3
3
3
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2
2
2
2

図 5．8 個体の餌に対する行動- 24 -

ペア４ 異性1

ペア１ 異性0
日数

1

ペア２ オス同士
2

お互い離れている
４日目 １が仕切り版の方へ近づいている
５日目 近づき合っている
１日目

６日目
９日目
11日目
13日目
15日目
18日目
21日目
22日目
23日目
25日目
26日目

35日目

ペア３ メス同士
45

動き回っている
互いに威嚇

互いに近づき合っていあまり近づかない

互いに近づき合っている
１がるくるくる回る仕草を見せた

着色餌を石の上に置く

１がるくるくる回る仕草を見せた

49日目
51日目
53日目
55日目
58日目

ペアの行動の記録を表 2 にまとめた。また、ペアの
特徴的な行動を表 3 にまとめた。

59日目

飼育を始めてから個体差はあるものの、およそ 1 週
間程でお互いを意識し合うようになった。始めはお互繫殖行動を見せるも失敗

互いに動かずた。同性ペアはあまり近づき合わなくなったが、異性２が仕切り版の方へ近づいている

食後３の尿放出を確認
入水時４の尿放出を確認

69日目

闘争をした ４が強い
入水時３の尿放出を確認闘争をした ４が強い

互いに動かず２個体、強めにつかんだら尿放出をした

互いに近づき合っている
互いに近づき合っている
互いに近づき合っている

食後３の尿放出を確認

互いに近づき合っている
104日目 繫殖行動を見せるも失敗

り版の傍で 2 個体がじっとしていることが多くなった

互いに近づき合っている

60日目
62日目
65日目
67日目
68日目

100日目
102日目
103日目

ペアはオスの方から近づくことが多くなり、時折仕切

食後３の尿放出を確認

１は仕切り版に近づいているが、２は石の下に隠れている事が多い
２は石の下に隠れている事が多い

75日目
78日目
81日目
84日目
87日目
90日目
92日目
94日目
96日目
98日目
99日目

より接触ができないとわかると、威嚇をしなくなっ

７が威嚇？

互いに近づき合っている
入水時４の尿放出を確認

１がくるくる回っている

72日目

い警戒して威嚇をしているようだったが、仕切り版に

8

７が仕切り版の方へ近づいている

39日目（２）行動観察の結果

7

７が仕切り版の方へ近づいている

水を抜いて餌を置くようにした
食後３の尿放出を確認
入水時、２個体の尿放出を確認（4が先）２個体とも石の下に隠れている事が多い

互いに近づこうとしたが警戒

37日目
40日目
41日目
43日目
45日目
47日目

ペア４ 異性
6

互いに威嚇

27日目
29日目
31日目
33日目
34日目

図 6．8 個体が餌に来るまでの時間

3

お互い隠れている闘争をした ４が強い

互いに近づき合っている
互いに動かず

互いに近づき合っている
互いに動かず

表 2．隔離飼育した個体の行動（図 7 A）。
仕切り版を介しての行動は、大きな個体はお互いの様子を伺ったり、動き回っている事が多いが、小さな個体はお互い近寄らず石の下などに隠れている事が多かった。
ペア 1（異性ペア）は、26 日目にオスの個体がお腹を見せてくるくる回るようになった。交尾することは

表 3．各ペアでの特徴的な行動

なかったが、メスに対する求愛行動の可能性がある（図

４．考察

7 B）
。
仕切り版を外した時の共通した行動としては、初め

昨年、サワガニは人に馴れることを調べたが、昨年て仕切り版を外した時はどの個体も 30 分ぐらいはお行った複数飼育と比べ、隔離飼育では馴れに違いがみ

互い動かず、様子を伺っていたが、その後、徐々に近づられた。餌を食べに来る順番としては、昨年行った複き始めるのは強い個体、もしくはオスの個体であった。

数飼育では強い個体が早く食べに来ていたが、隔離飼

2 回目からは強い個体、もしくはオスの個体がすぐに相育ではそのような特徴が見られなかった。

手の領域へ入って行った。ペア 1 のオス個体はメスに複数飼育に比べ隔離飼育では馴れるまでに少し時間近づくことはあったが交尾することはなかった。また、がかかったが、これは相手に餌を取られる心配が無く

ペア 2 のオス同士では闘争も見られた（図 7 C）。

生きていくための競争心が必要ないことが考えられる。

尿放出については主に餌を食べた後に見られたが、また、異性ペアの場合、強いオスの個体の方が先に強い個体は入水時に見られることが多かった（図 7 D）。

餌に寄って来たが、同性ペアでは、弱い個体の方が先に寄って来た。強い個体の方が警戒心が強いのかもしれない。異性のペアではメスの方が警戒心が強いようにも見えた。
隔離飼育を始めてからおよそ 1 週間程でお互いを意識し合うようになった。個体による差があるものの、A．近づき合うオスとメス

B．求愛行動異性のペアでは、オスの方から近づいている事が多かった。
着色した餌を与えたペア 2 の個体については、行動観察から 4 番の個体が 3 番を攻撃する事があった為、

C．闘争

4 番の方が強いと思われる。
尿放出は主に餌を食べた後D．尿放出の様子で見られる事が多く、
4 番の個体は入水時に尿放出する

図 7．観察されたサワガニの行動- 25 -

ことが多かったことから、生理行動以外に威嚇行動または縄張りの主張などが考えられる。引き続き着色した餌を与えて尿放出を観察し、個体間における尿放出の意味を明らかにしたい。
今回、2 組の異性ペアを観察したが、失敗はしたものの１組で繫殖行動らしいものを確認できた。アメリカザリガニでは、オスとメスを長時間お見合いさせてから仕切り版を外すと、すぐに交尾することが報告されている。サワガニでは交尾は見られなかった。1 番のオ
スの個体はお腹を見せてくるくる回る仕草が見られたが、これがメスへの求愛かどうかは不明である。ペアの行動観察は今後も継続していきたい。

参考文献
身近な動物を使った実験 3

鈴木範生（騙）三共出版

アメリカザリガニにおける配偶者選択
http://www.zooiogy.or.jp/chubu/img/f_users/r_976721img
20171217153837.pdf- 26 -

コンピュータで探るコラッツ予想
大谷 航輝
三重大学教育学部附属中学校

2年

Kouki Otani
要旨
コラッツ予想は数学における難問の一つである。ある自然数を出発点に選び、偶数なら２で割り、奇数なら３をかけて１を足す。この操作を繰り返していくと、どんな自然数から出発しても１に収束する。本研究では、この自然数の数列をコラッツ数列と呼び、コンピュータを使ってコラッツ数列の性質を調べた。その結果、出発点に選ぶ数によって、似たような変化をするものがあ
ることがわかった。コラッツ数列をツリー状（コラッツツリー）に可視化してみると、コラッツ操作を繰り返していくうちに共通した数を経由する場合は、数列が似たような変化をすることがわかった。

キーワード: コラッツ予想、Python、コラッツ数列

１．はじめにすると、コラッツ数列の変化をグラフなどで可視化することができる。

コラッツ予想は数学者コラッツ（L. Collatz）によって 1937

３．コラッツ数列の変化

年に提起され、現在も証明が完成していない未解決問題である。先行研究では、Terence Tao によってほとんどすべての自然数に関する証明がされているほか、数学的帰納法を用いることで、ある程度までは一般的な方法で進めることができる。
コラッツ予想は、以下のようにまとめることができる。

①

ある自然数 𝑋0 を出発点に選ぶ②

もし𝑋0 が偶数なら２で割り、奇数なら３をかけて１を加図１：コラッツ数列（𝑋0 = 3807）

え、𝑋1 とする③②の操作を繰り返すと、どんな自然数𝑋0 から出発しても図１にコラッツ数列の変化の様子を示す。横軸にはコ必ず１になる

ラッツ操作のステップ数を取り、縦軸にはコラッツ数②の操作（コラッツ操作）によって生成する数列 𝑋𝑛 (𝑛 =列の値をプロットした。また図１では初期値を𝑋0 =0, 1, ⋯ )をコラッツ数列と呼ぶことにする。コラッツ数列の変3807としている。このグラフから急激な変化が 2 回起化を可視化し、そこに見られる性質を視覚的に調べることをこった後、しばらく変化が緩やかになり、2 回急激な目的とした。その目的を達成するため、コラッツ数列を生成

変化を起こしたあと１に収束することがわかる。初期

し、さまざまなグラフを描く計算プログラムを書くことにし値の選び方によって変化の仕方は様々だが、𝑋0 =た。

3809, 1001という初期値を選んでも似たような変化をすることがわかった。

２．方法

また、奇数に対する操作を A、偶数に対する操作を Bとし、A と B の操作列の様子も調べた。その結果、最コラッツ操作を繰り返すプログラムを Python 言語で作

初の 2 回の急激な変化のときには A と B が交互にで k成した。アルゴリズムを指導の先生と考え、プログラてくることがわかった。また、n=40〜50 のときにムは指導の先生に書いてもらった。プログラムを実行

は、A と B が交互に出てくるものの、B が連続して出- 27 -

てくることによって急激な変化を防いでいることがわ
かった。

４．考察
コラッツ数列を矢印でつないだ樹形図（コラッツツリー）を描き、なぜ初期値が𝑋0 = 3807, 3809, 1001のときにコラッツ数列が似たものになるのかを調べた。

図２：コラッツツリーの模式図
図２にコラッツツリーの模式図を示した。1001 と 3807
から出発したコラッツ数列は、１０数回程度のコラッ
ツ操作で 14458 に到達する。それ以降は同じ変化をするので、数列の変化は似たものになることがわかった。
また、3809 から出発すると 81 回の操作で 364 に到達する。
1001 と 3807 から出発したコラッツ数列も 364 を経由するので、コラッツ数列が似たようなものになることがわかった。

５．まとめと今後の展望
この研究では、コンピュータを使ってコラッツ数列の変化の様子を調べた。今後はコラッツツリーの性質を調べ、コラッツ数列のパターンの分類分けをしたいと思っている。また、コンピュータだけでなく代数の知
識に基づいた証明に挑戦したいと思っている。

謝辞
研究を進めるにあたり、三重ジュニアドクター育成
塾の先生方にご協力いただきました。お世話になった
皆様に、感謝いたします。

- 28 -

中村川の流程に伴う水質の変化

前田千依里
松阪市立嬉野中学校 2 年
Chieri Maeda
要旨三重県松阪市嬉野町を流れる中村川において、上流から下流にかけての水質の変化を知るために水質調査を行った。調査内容
としては、中村川の上流から下流にかけての 5 地点で COD、全窒素（以後、窒素と表記）、全リン（以後、リンと表記）を測定した。いずれの測定項目も最上流の水源地で最も低く、矢下町付近で最も高かった。しかし、採水当日は雨が降っており、流量も多く河川水の色も茶色に濁っていた。そのため平常時の中村川の水質を結果として出すことが出来なかったと考えられる。その一方、あまり測定されない洪水時の水質データを得ることができた。

キーワード: 中村川、COD、全窒素、全リン

１．はじめにそこで、今年は去年と全く同じ中村川の 5 地点の川

小学校の頃、私は水に興味を持ち、水に関する自由の水質を高度な機器や実験室で分析してみたいと思っ

研究を小学１年生の時から毎年おこなってきた。そのた。そして水質として COD、窒素、リンに注目し、中村時は小学生で川をきれいに保つことの大切さを訴えた

川の上流から下流へどのように変化するか調べた。

だけの簡単な自由研究だった。なので、中学生になっ

２．方法て中村川を使い研究したいと思った。
そこで私は去年、中村川の水質調査を行った。この

水の採水は 8 月２１日に三重県松阪市嬉野町を流れ

水質調査は、「上流と下流で水質に違いはあるのか」とる中村川の５地点で行った（図１）。水の分析は 8 月２いう疑問から行った実験だった。水質調査はネットで２日と 8 月２４日に行った。採水をした 21 日の朝は雨売っていた水質検査キットのパックテストを使い、５が降っており、河川は水源地を除き茶色に濁り、流量

地点（水源地、矢下町付近、旧中郷小学校付近、森本橋も多かった。採水時には、電気伝導度（LAQUAtwin,

付近、天花寺橋付近）において調査した。結果は、上流

HORIBA）、温度(棒温度計)、pH（WAK-PR, 共立理化学

も下流も水質にほとんど違いはない結果となった。

研究所）も測定した。水質として、COD、窒素、リンをなぜ、このような結果になったのか考えてみたとこ測定した（日本分析化学会北海道支部編、2005）。具体

ろ、検査の道具としてパックテストを使ったことが１的な方法は以下の通りである。

つの原因ではないかと思った。パックテストにはメリットとデメリットがある。
メリットのひとつ目は、水質調査を実際に行った時にその場で簡単に調査を行うことが出来るということだ。ふたつ目は、特別な技術がいらず、素人の私でもかんたんに水質調査をすることが出来ることだ。
次にデメリット。デメリットのひとつ目は、測定者の色覚によって測定値が決まるということだ。測定をする人によって、実験の結果が変わってくるのは、その実験の正確性もなくなってくると思う。デメリットのふたつ目は、高価な機器や、実験室で分析し結果と図１．調査地点

比較すると精度が劣るということだ。この二つ目のでメリットが昨年の結果に影響したかもしれない。
- 29 -

COD（過マンガン酸カリウム法）①

ａは検量線を用いて求めた、
２５ml 中のリン量（μｇ）

試料適量に蒸留水を加え 100ml とした。(blank

３．結果は蒸留水 100ml で以下同様に行った)②

硫酸（1+2）を 10ml 加えた。

③

硫酸銀を薬さじ半分程度加えて混ぜた。

④

５ｍＭ過マンガン酸カリウム溶液をくわえた。

水温

電気伝導度

⑤

ただちに沸騰水浴中に入れ、30 分間加熱した。

（℃）（μS/cm）⑥

水浴から出して、12.5ｍＭシュウ酸ナトリウム溶

水源地

19.0

181

7.2

液 10ml を加えた。

矢下町付近

22.0

63

7.2

５ｍＭ過マンガン酸カリウム溶液で滴定し、無色

旧中郷小学校付近 22.0

78

7.1

からわずかに淡紅色になった点を終点とした。

森本橋付近

22.5

87

7.2

試料水Ｖml を用いた場合に滴定に要した５ｍＭ

天花寺橋

23.5

83

7.0

⑦
⑧

表１．水温、電気伝導度、pH の値

ｐH

過マンガン酸カリウム溶液の容量をａml、blankのそれを b ml とすれば、次式によって COD を算出した。
COD（㎎О₂L⁻¹）＝f×0.2×（ａ－ｂ）×（1000/Ｖ）
窒素①

試水５０ml を試験管に入れた。
（blank も同様に行う）②

10ml の水酸化ナトリウム・ペルオキソ二硫酸カリ
ウム溶液を加えた。

③

オートクレーブで 120℃、30 分間加熱分解した。

④

放冷後、上澄み液を 25ml、別の試験管に分注した。

⑤

pH 調整液（１＋16）を５ml 加えた。

⑥

標準溶液には PH 調整液（１＋500）を５ml 加えた。

⑦

波長２２０nｍの吸光度を測定した。

⑧

標準溶液の検量線から分注した試水の全窒素量を

図２．窒素の変化求め、次式によって全窒素濃度を求めた。
全窒素濃度（μｇ/Ｌ）＝ａ×（６０/２５）×（１０００/５０）
図３．リンの変化

ａは検量線を用いて求めた、
２５ml 中の窒素量
（μｇ）
リン
①

試水５０ml を試験管に入れた。
（blank も同様に行う）②

１０ml のペルオキソ二硫酸カリウム溶液を加えた。

③

オートクレーブで１２０℃、３０分間加熱した。

④

放冷後、上澄み液を２５ml、別の試験管に分注した。

⑤

混合試薬を２ml 加え、２０～４０℃で約１５分間
静置した。

⑥

標準溶液にも混合試薬２ml を加えた。

⑦

波長８８０nｍの吸光度を測定した。

⑧

標準溶液の検量線から分注した試の全リン量を求図４．COD の変化

水温、ｐH は全体的にあまり大きな違いがなかった

め、次式によって全リン濃度を求めた

が、電気伝導度は水源地で他地点に比べて高かった（表全リン濃度（μｇ/Ｌ）＝ａ×（６０/２５）×（１１）
。
窒素は水源地の値が一番低く、矢下町付近の値が一０００/５０）- 30 -

番高くなり、矢下町付近から天花寺橋にかけて値が低予定の日の当日たまたま朝に雨が降ってしまい、中村

くなった（図２）。リンは窒素と同じで水源地の値が一川の平常時の結果を出すことが出来なかった。だが、番高く、矢下町付近の値が一番高くなった。そして旧

普通ではあまり測定されないであろう洪水時のデータ

中郷小学校付近から天花寺橋付近にかけて高くなったをとることができた。だから今回の水質調査は私にと（図３）。COD も水源地の値が一番低く、矢下町付近のっていい経験だった。

値が一番高い結果となった。他の地点はあまり値に違

参考文献

いはなかった（図４）。

三田村緒佐式（2021）：水の環境調査で失敗しないために，サンライズ出版

４．考察

日本分析化学北海道支部（2005）：水の分析第五版，化学同人①調査時の流程に伴う水質変化

日本陸水学会東海支部会（2010）：身近な水の環境科学―源流

上流と下流には水質に違いがあると思う。上流の水から干潟までー，朝倉書店

源地は残りの 4 か所と比べるときれいだ。結果から、

日本陸水学会東海支部会（201４）：身近な水の環境科学実習，

矢下町付近が一番、水質が汚れているのではないかと

測定編、朝倉書店

考えた。窒素、リン、COD の値が 5 地点の中で一番多国土交通省水文水質データベース：http://www1.river.go.jp

いからだ。
窒素とリンが多くなる原因は、生活排水の影響と、田畑の化学肥料などが考えられる。矢下町付近には、
あまり家や工場などの建物がなかったので、おそらく矢下町付近が汚れていた原因は田畑の化学肥料だと思う。採水をした日は朝、雨が降っていたため通常より土が流れ込んでおり、矢下町付近で最も影響を受けていたかもしれない。
②過去の中村川の水質との比較
今回の調査では、雨の影響で水源地を除き河川が茶色に濁っていた。そこで中村川の平常時と比較するため、国土交通省の水文水質データベースを活用した。
データは 2022 年 1 月から 12 月の月 1 回間隔で中村川の小川橋で採水され、分析された結果を引用した。なお、小川橋は今回の調査で最も下流の天花寺橋よりもさらに下流に位置する。
表２．中村川の今回の実験結果と過去の結果の比較
今回の実験（5 地点）

中村川（小川橋）

平均（最小値～最大値）

平均（最小値～最大値）

窒素（μｇ/Ｌ）

1100（717～1630)

870（630～1440）

リン（μｇ/Ｌ）

115（17～232）

33（11～86）

COD（㎎О₂/L）

17.0（61～40.7）

2.5（1.4～4.3）

今回の実験と国土交通省による過去の中村川の水質調査の結果を比べると全く結果が違った。つまり、窒素、リン、COD のいずれの水質においても過去に比べ今回の調査の平均値は高かった（表２）。今回の調査は雨が降ったあとだった為、森の土などが流れ込んでしまっていたことが考えられる。
雨が降ると、土が流れ込んでしまい、水質に影響が出るという自然の摂理が分かった。普通であれば、水質調査は晴天の日に行われるはずだ。私は採水に行く- 31 -

モンティ・ホール問題に対するコンピュータシミュレーションによる検証－選択したドアは変更すべきか？－
近藤 光
四日市メリノール学院 ２学年

要旨
モンティ・ホール問題とはアメリカのテレビ番組で行われた景品当てゲームの問題の事で、「直観」と「正解」が合わない多くの数学者も間違えた問題だ。私も直観で不正解だった。正解を理解するには難解な高等数学の理解が必要であるが、今はコンピュータプログラムが存在しているので、実際にプログラムによってこの問題を解くことを研究テーマにしようと考えた。

１．はじめにモンティ・ホール問題のクイズについて説明する。
①ドア A,B,C の３つが用意されており、それぞれヤ（２）方法

ギ、ヤギ、車がランダムで入っており、プレーヤー

藤原先生に提供頂いた、以下のプログラムを実行した。

に車が入っているドアを当てさせる#------------初期条件---------------②まずプレーヤーがドアを一つ選ぶ。

number=10000 #試行回数③次に司会者が残りのヤギ（ハズレ）が入っているドselection=4 #1-3 で固定回答．4 にするとランダム回答

自由に変更

change=1 #0 で回答の変更なし，1 で解答は変更

アを開ける。

#---------------------------------

問題：プレーヤーは、最初に選択したドアを変更すべ
きか？

（以下略）

正解：選択したドアを変更した方が正解の確率が高まる。

number=は本問題への解答の実施回数

これをコンピュータシミュレーションを用いて検証すselection=は正解のドアの設定る。

change=は回答の変更有／無を示す。

２．材料と方法（１）検証手法 t・オンライン無料プログラミング環境「paiza.io」
にて、Python でこの問題のプログラムを作成する。

モンテカルロシミュレーション方式により、正解である２／３≒６７％にどれだけ近づくか検証をする。

- 32 -

【参考】（３）検証手順
試行回数をできるだけ増やすため、以下の回数でシミュレーションを実施した。
3,7,10,30,70,100,300,700,1000,3000,7000,10000,30000,
100000 回①

回答変更をした場合②

回答変更をしなかった場合
仮説では、①が６７％に、②は３３％になる。

３．結果
横軸に試行回数、右縦軸に正解確率をとった。
回数を重ねるとごとに６７％に向かうことが
わかった。

４．考察
回数が少ないと正答率にバラつきがみられるが、回数を重ねていくごとに仮説の数値に近づいていくことが分かった。

回答変更有の場合、100,000 回シミュレーション
した結果の平均値は６７％となった

回答変更なしの場合、やはり３３％に近づいて行った。

- 33 -

回答変更なしの場合
3

7

10

30

70

100

300

700

1,000

3,000

7,000

10,00030,000100,000

1 回目

60%

85%

60%

63%

66%

57%

66%

67%

68%

66%

68%

68%

67%

67%

2 回目

33%

28%

70%

60%

69%

71%

64%

66%

65%

66%

66%

68%

67%

68%

3 回目

100%

85%

70%

50%

74%

69%

64%

63%

68%

65%

66%

67%

66%

68%

4 回目

33%

43%

60%

73%

65%

61%

68%

67%

67%

65%

66%

67%

67%

66%

5 回目

0%

43%

100%

73%

62%

67%

64%

68%

66%

67%

67%

67%

66%

67%

6 回目

66%

57%

80%

60%

68%

74%

65%

67%

68%

66%

67%

66%

66%

67%

7 回目

66%

28%

80%

60%

67%

63%

69%

65%

65%

67%

65%

66%

66%

67%

8 回目

66%

71%

50%

76%

70%

60%

64%

69%

66%

66%

66%

66%

67%

67%

9 回目

66%

57%

40%

76%

62%

68%

66%

65%

67%

66%

66%

67%

67%

67%

10 回目

100%

71%

90%

70%

68%

70%

65%

68%

68%

66%

67%

67%

67%

67%

平均値

59%

57%

70%

66%

67%

66%

66%

67%

67%

66%

66%

67%

67%

67%

試行
回数

- 34 -

焦電型赤外線センサー搭載
アルコールディスペンサーを開発する
中村 永
暁中学校 2 年
Haruka Nakamura
要旨
新型コロナウイルスを始めとした様々な感染症から身を守りながら生活しなければならない今日、誰もが日常的にアルコール消毒器を使いながら暮らしている。世の中に普及している既存のアルコール消毒器は、はたして使いやすいといえるのだろうか。
目の見えない方や体の不自由な高齢者、消毒の重要性をまだ理解できない子どもを持つ母親は、消毒器を使うことに困難を感じたこともあるだろう。全ての人が使いやすいアルコール消毒器を開発することで、世の中の感染防止に役立てたいと考えた。
RaspberryPi と python 使い LED をプログラミング制御し、LEGO MindstormsEV3 で作成した機体に組み込むことで、自走型のア
ルコールディスペンサーを作成した。

キーワード: ＃ラズパイ ＃python ＃MindstormsEV3 ＃赤外線センサー ＃アルコール消毒 ＃コロナウイルス

１．はじめに第一段階の頃から一貫して“誰もが使いやすい
アルコール消毒器”の開発を目指してオートアル
コールディスペンサーを作成してきた。本当に使いやすいとはどういうことなのかと考えるうちに“人が機械に合わせて求められた動きをするのでは、障がい者や子どもは使いこなせない”“人が機械に合わせるのではなく、機械が人に合わせる”
ことが必要だと考えるようになった。
その経験から第二段階では、人を感知して機体が自ら近づいて消毒を促すオートアルコールディスペンサーの作成を目指した。

②RaspberryPi4 の GPIO
ポートに焦電型赤外線センサーを接続し、物体の表面温度の変化を感知すること
で制御信号を送り LED を点灯する電子回路を作成する。(図２)(図 2)RaspberryPi による電子基板③LEGO ブロックで作成したアルコールディスペンサーの機体を作成する。
MindstormsEV3 によるプロ
グラミングで、点灯した LED

２．材料と方法

をカラーセンサーで読み取（１）材料り、その信号で機体を動か(図３)LEGO Mindstorms

Python、RaspberryPi４(GPIO ポート、LED、ジャンパ

す。機体に組み込んだアルー ワ イ ヤ ー 、 ブ レ ッ ト ボ ー ド ) 、 LEGO Mindstorms

コールスプレーを噴霧する

EV3(超音波センサー、カラーセンサー、サーボモータ

動作を各モーターで行う。(図３)

によるプログラミング

ーL、M モーター)（３）機能

・自走機能：周囲を見渡し人を感知すると、その人の場所へ自ら寄っていく。そうすることで積極的な消毒を促す。
・犬の鳴き声機能：音が流れるので目の不自由な方も使いやすい。
・オート消毒機能：手をかざすオートディスペンサー方式。ポンプを押す必要がないので手足の不自由な方なども使いやすい。

（２）方法①RaspberryPi4 にプログラミ
ング言語 python をインストール
し、物体の熱の変化を感知するとLED が点灯するプログラミングを入力する。サンプルプログラムを使用した。(図１)(図 1)Python によるプログラミング画
面- 35 -

・離れていても人を感知機能：焦電型赤外線センサーを使うことで、人だけを感知できる。

着いたが、途中、参考文献に英文などもあり想像以上に難関が多かった。
藤原先生、後藤先生を始め、ご指導いただいた先生方には、たくさんの学びと多くの刺激をいた
だきました。本当にありがとうございました。

３．結果
電源を入れた瞬間にセンサーが反応し、直進し続ける為、焦電型赤外線センサーの感度が高すぎて微調整に失敗したと考えられる。焦電型赤外線センサーがうまく作動せずにＬＥＤ信号を正し
く受け取れずプログラムも誤作動を起こした。若しくは、センサーの検知時間が短すぎてプログラ
ム側との信号のやり取りに失敗している可能性も考えられる。いずれにせよハード側とソフト側のどちらでエラーが発生しているのか原因究明に時間がかかる為、仮にダイアルと感度ダイアルの微調整がうまくいったとしても、全てが成功したか定かではない。(図 4)

参考文献
・山内直 他（2021）Raspberry Pi はじめてガイド 技術評
論社
・タトラエディット（2019）ゼロからよくわかる！ラズベリー
パイで電子工作入門ガイド 技術評論社(図４)完成した焦電型赤外線センサー搭載のオート
アルコールディスペンサー『パブロフⅡ世』

４．考察
作成途中やテスト段階と異なった条件が発生すると、想定していなかった誤作動が生まれる。
ハード面・ソフト面単体ではテスト段階で問題が無かったとしても連結させた際の相性やソフトのヴァージョンの違いによってはエラーになる為、資料やネット情報のみに頼らず自分で仕組みを完全に理解した上でエラー原因を特定してかなければならないことが必要だとわかった。
今回、初めてプログラミング言語に触れ、ご指導をいただき自身で学びながらここまでたどり- 36 -

土砂災害の被害を軽減するための考察
大須賀希子
勢和中学校
2 年生
Kiko Osuga
要旨
平成 30 年の台風で近隣にある松阪市飯南町の山が崩れ、私たちの生活にも大きな影響を与えた。そこで、被害を軽減できる方法がないか、昨年検証した。今年度の研究では、真砂土と三波川のせん断力を調査し、崩れ方とせん断力の変化は関係が一致するか検証する。結果は、真砂土のせん断力は土の状態を変化させても、ほとんど差がなかった。このことから、真砂土は崩れ方とせん断力の変化は一致するとはいえない。三波川では、湿った状態は浸漬した状態よりせん断力が非常に大きかった。三波川は状態を変化させると大きくせん断力が変わった。このことから、三波川は崩れ方とせん断力の変化が一致するといえる。

１．はじめにした状態だとせん断力が弱くなる。

平成 30 年の台風 24 号で、自宅からほど近い花崗岩③

でできた国道沿いの山の斜面が大規模に崩落し、私た

斜面崩壊の起こりやすさは、せん断力が関係している。

ちの通学路に多くの車が迂回してくるなど、生活に大きな影響がでた。また、多くの地域で土砂災害が発生

２．材料と方法

していることから、人命や生活に大きな影響を与える

実験材料

土砂災害を軽減する方法を考えたく、令和 2 年から土・摩擦土

砂崩れに関する実験を行ってきた。

・三波川変成帯の土実験装置

令和 3 年度には、土砂崩れの災害現場を再現した実・雨トイ

験装置で、降雨に対してどのような場所が崩落しにく

直径 4 ㎝

・摩擦軽減シート

いか、また 貯水ダムや 土が移動しにくいように土の高さ 4.5ｃｍ×２・力センサー（Pasco 社）

実験方法

中に網目状のグリッドを埋め込むなどの対策の効果を

せん断力を測定するため装置の概要は、雨トイを切検証した。

断して作成した円柱の容器を 2 個用意し、この中に土この実験の中で、真砂土と三波川変成帯の土（以下、をいっぱいに詰めて、上下に重ね、下の容器を引っ張三波川）では崩れ方に大きな差があった。

ることで、ずれが生じた時の力である最大静止摩擦力

真砂土は、水を含むと比較的早い段階で、斜面途中を測定した。
（図１、図２）から、一気に崩れるという現象が見られた。三波川は下側の容器の下には摩擦を軽減するシートを引いて水を少し含んでいる状態では粘土のようになって安定

滑りやすくした。また、上側の容器の上にはペットボ

したが、ある程度の水の量を超すと、下から少しずつトル（500ｇ、1000g、2000g）を置くことで荷重をかけ、崩れ始め、最終的に斜面の土ほぼすべてが崩れるといこの荷重を変えることで最大静止摩擦力が荷重に比例う現象が見られた。

するかどうか調べた。下側の容器には紐を括り付けて、この違いから、真砂土と三波川の斜面では、有効な力センサ―（Pasco 社）に接続した。力センサ―のフッ対策が異なると思われ、具体的な対策を考える前に、クをゆっくりと容器がずれるまで引っ張った。

まずは土の特徴を研究しようと考えた。

用いた土は真砂土および三波川で、①乾燥した状態、

今年度の研究では、真砂土と三波川のせん断力を調②湿った状態(雨が少し降った状態）、③水に浸した状

査し、崩れ方とせん断力の変化は関係が一致するか検態（土が水をこれ以上含めない状態）の 3 つ用意した。

証することを目的として、以下の仮説を検証することそれぞれの条件に対し、3 回ずつ実験を行った。

とした。
①

真砂土は、土に含まれる水が多いほど、せん断力が弱くなる。

②

三波川は、湿った状態だととても強く、水に浸- 37 -

図１

実験装置.白い鉄枠は実験装置を支える.

ペットボトル

下側底部は 板材を接着

上側雨とい剤で固定し、封止する

下側雨とい

土

力センサー
矢印の方向に摩擦を軽減するため、家具用スベリ材を板底部に下側に紐を括貼り、同じ家具用スベリ材

り付けるのシートの上を移動させる

引っ張る
図２

実験装置の概略図

４.結果

３.せん断力と実験の関係

１．真砂土および三波川のせん断力（図３）
真砂土では、湿った状態と水に浸した状態では、差はみられなかった。真砂土のせん断力は土の状態を変化させても、ほとんど差がなかった。せん断力、静止摩擦係数、粘着力は表１の通りである。

せん断力とは、物体にズレを起こす力で、摩擦係数 k×垂直応力 Fn と粘着力 c から成り立ち、F = k×Fn + c と表せる。垂直応力 Fn はここではペットボトルの重さであり、垂直応力とせん断力の関係を調べる。横軸に垂直応力 Fn、縦軸にせん断力 F とするグラフから摩擦係数 k と粘着力 c を求める。

三波川では、湿った状態は浸漬した状態よりせん断力が非常に大きかった。三波川は状態を変化させると大きくせん断力が変わった。尚それぞれのせん断力、
静止摩擦係数、粘着力は表２の通りである。
- 38 -

表１

真砂土の実験結果

せん断力（F）

静止摩擦係数（k） 粘着力（c）

乾燥した状態

F= 0.55 Fn + 15.30

0.55

15.30

湿った状態

F= 0.65Fn + 17.25

0.65

17.25

浸漬した状態

F= 0.44 Fn + 18.33

0.44

18.33

表２

三波川の実験結果

せん断力（F）

静止摩擦係数（k） 粘着力（c）

乾燥した状態

F= 0.49Fn + 18.35

0.49

18.35

湿った状態

F= 0.30 Fn + 39.15

0.30

39.15

浸漬した状態

F= 0.61 Fn + 9.45

0.61

9.45

真砂土

三波川
50

50

せん断力（N）

F = 0.65Fn + 17.25
F = 0.44Fn + 18.33

30
20

F = 0.55Fn + 15.3

せん断力（N）

40

40

F = 0.30Fn + 39.15

30

F = 0.49Fn + 18.35

20
F = 0.61Fn + 9.45
10

10

0

0
0

5
乾燥

10

15

湿った

浸漬

20

垂直応力（N）

0

25

5

10

15

20

25

垂直応力（N）
乾燥

湿った

浸漬

図３ 真砂土と三波川のそれぞれのせん断力

2. 真砂土と三波川のせん断力の比較（図４）

湿った状態では、三波川の方が真砂土よりせん断力が大きかった。浸漬した状態では、真砂土の方が、三波川より、せん断力が大きかった.

39

湿った状態

浸漬した状態505040

F = 0.309Fn + 39.1

せん断力（N）

せん断力（N）

40

30

F = 0.6506Fn + 17.25

20

10

0

30

20

F = 0.4431Fn + 18.333

10F = 0.6093Fn + 9.2

0
0

5

10

15

20

垂直応力（N）

真砂土

25

0

5

三波川

10

15

真砂土
図４．

20

垂直応力（N）

25

三波川

真砂土と三波川の比較

考察

仮説の検証

崩れ方との比較【仮説①】真砂土のせん断力

 真砂土は、土の状態が変わっていてもせん断力は変

真砂土は、土の状態が変わってもせん断力には、ほわらなかった。この結果は、水を含むと比較的早い

とんど差がなかった。このことから仮説を裏付けるこ

段階で、一気に崩れるという現象とは合致しない。

とはできなかった。粘着力は、湿潤で c = 17.25 N、

このようになった原因は、水の流れや、斜度が関係

浸漬で c = 18.33 N でほぼ同じで、土の状態が変わっしていると思われるが、この実験では、原因は不明ても粘着力は変わっていない。真砂土はもともと粘着である。

力が大きくなく，摩擦力で土層を支えているため，崩 湿らした状態では、三波川の方が、せん断力が大れやすいが，飽和によって粘着力が低下するような性

きく、昨年度の実験での崩れ方に見られた、三波質はないと考えられる。

川は少し水を含んだ状態では粘土のようになって以上のことから、真砂土は仮説を裏付けることはで安定したという結果と合致する。

きなかった。

 浸漬した状態では、三波川は湿らせた状態よりもせん断力が大幅に小さく、昨年度の実験での崩れ【仮説②】三波川のせん断力
粘着力は、湿った状態で c = 39.15 N で真砂土の倍方に見られた、ある程度の水の量を超したら崩れ

以上大きく，浸漬で c = 9.45 N で、粘着性の土は，湿るという結果と合致する。

っている程度の状態では，強い粘着力で大きなせん断力を持っており安定しているが，土に含まれる水の量が多くなると，粘着力が低下して弱くなっていき、せん断力が小さくなると考えられる。

40

三波川は、以上のことから、仮説を裏付けることができる。
【仮説③】斜面崩壊の起こりやすさについて
斜面崩壊の起こりやすさに、せん断力は関係しているのかは、平面で実験を行ったため仮説を検証することはできなかった。
湿った状態では、三波川より、真砂土の方が静止摩擦係数が大きいため、さらに上に置く重さを大きくすると、三波川よりせん断力が大きくなる可能性がある。
真砂土は上に乗っている土が少ない表面から崩れやすく、三波川は真砂土に比べて、上に乗っている土が多いとろから崩れやすいのかもしれない。つまり、真砂土は表層崩壊が起こりやすく、三波川は深層崩壊が起こりやすいと思われるが、これに関しては、さらなる研究が必要である。

今後の課題
仮説③の検証で述べた、真砂土は表層の崩壊が起こりやすく、三波川は深層の崩壊が起こりやのかを、実験や実際の自然災害と照らし合わせて、検証していきたい。
また、三重県は尾鷲や大台ケ原といった、非常に降水量の多い地域がある。今回は、真砂土と三波川のせん断力を調べたが、今後は、三重県の他の地質を用いてせん断力を調べ、さらには、実際に起きた災害と照らし合わせて、どのような対策法が、効果的なのかを調べたい。

- 41 -

日本の気象におけるハロ出現時の気象パターンの解析織田 悠輔
三重大学教育学部附属中学校

１年

Yusuke ODA
要旨
昨年度『ハロが出ると天気の下り坂のサイン』という記述を見つけ，１年間ハロの観測と，その前後の天候を調べた．その結果『ハロが出現した翌日は，天気が曇りまたは雨になる傾向がある』ということを明らかにした．一方で，ハロの出現後快晴になる日があることも確認しており，ハロの出現する条件は，天気が悪くなること以外にも存在することも明らかにした．そこで
本研究では，2021 年から 2022 年のハロが出現した 192 日分の天気図の分類を行った．その結果，ハロが生じる際の気象パター
ンが季節によってどのように変化するかを明らかにした．

キーワード:ハロ，低気圧，停滞前線，移動性高気圧

１．はじめに2019 年 5 月 5 日に祖父母の家から三重に帰る途中の

この記述を検証するために昨年度(2020 年)，ハロの高速道路でハロという現象を初めて見た．写真 1 は観観測と，その前後の天候を調べた.その結果，ハロが出察協力者によって提供されたハロの画像である．この現した日の翌日には「日照時間の減少」「最高気温の低ハロという現象が気になり調べると，大気に浮かぶ氷

下」「湿度の上昇」という傾向が見られ，ウェザーニュ

晶(氷の粒)によって生じる現象だと分かった．太陽のース社の記述通り『ハロが出現した翌日は，天気が下

光が反射，屈折することで生じるようである．このより坂になる傾向がある』ということを明らかにした.

うな現象は総じて大気光学現象と呼ばれる．写真 1 のしかしその一方で，ハロが出現したにも関わらず，現象の正式な名称は 22°ハロと呼ばれるが，本研究で天気は下り坂にならず，むしろ快晴になる日があるこはハロと呼ぶこととする．この現象はよく知られていとも確認した.この結果は，ハロが出現する要因は一つ

る虹とは異なり，原因となる物質や見える場所などのではなく複数あることを示唆するものであった.

違いが見られる．

そこで本研究は，ハロが出現する要因を明らかにす

さらに詳しく調べるとウェザーニュース社のホーム

る為に，ハロが出現した日の天気図を調べ，気象パタ

ページに，ハロが出現した時は天気が下り坂のサイン，ーンの変化を解析することを目的とした．

と書かれていた．

２．実験材料と方法（１）実験材料
地上天気図(気象庁)
定点カメラ(ATOM Cam2)
気象教材 Web サイト(ブログ版 科学する空)（２）方法
自身の観測記録と，Web サイト「ブログ版 科学する
空」の観測記録をもとに，2021 年 1 月から 2022 年 12月の 2 年間でハロが出現した日，192 日の天気図（12時）の分類を行った．
写真1

ハロ(2021年6月17日，広島県)

ハロの出現後は天候が崩れる傾向にあることから，- 42 -

図 1

パターン 1図 2パターン 2図 3パターン 3

10月

11月

9.0
8.0
7.0
月
別
の
平
均
観
測
回
数
（
回
）

6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
1月

2月

3月

4月

5月

6月

パターン１

パターン２
図 4

パターン 1パターン 2パターン 312月

パターン３（１）月毎のパターン数の特徴
図 4 に本研究で得られた結果を示す．このグラフは，日本列島に停滞前線が接近している

ハロ出現時の天気図のパターン数の推移を表している．

パターン 1，2 ではないもの(図 3)は，3 月，7 月，8 月が多く，8 月はパターン 1 の最大もの(図 2)⚫

9月

３．結果
日本列島周辺に低気圧があるもの

(図 1)
⚫

8月

パターンの推移

天気図の分類は，⚫

7月

パターン 1 である日本列島周辺に低気圧がある日数とした．判定に困るものについては，指導教官の助言の数値は 7.0 回であった．反対に，5 月，6 月，10 月でを参考にしながら最終的には自分で判断した．このこは少なく，10 月はパターン 1 の最小の数値は 0.0 回でとによる不正確性は，後のセクションで触れることと

あった．

する．

パターン 2 である日本列島に停滞前線が接近してい判定したパターンの回数は月別にまとめ，その平均る日数は，5 月，6 月に多くなり，5 月はパターン 2 の値を月のパターンの回数とした．

最大の数値は 8.0 回であった．反対に，9 月，10 月，- 43 -

11 月に少なくなり，10 月はパターン 2 の最小の数値はらかにすることはできなかった．

0.0 回であった．

また，パターン 3 とパターン 1 は連動しているようパターン 1 および 2 ではないパターン 3 では，
3 月，にも見える．パターン 1 は低気圧が接近している場合

4 月，11 月に多くなり，3 月はパターン 3 の最大の数値にカウントしたが，もしかしたら低気圧が解析されて6.5 回となった．反対に，5 月，12 月，5 月はパターン

いないだけで，科学的な背景は同じなのかもしれない．

3 の最小の数値は 5.0 回であった．

今後の研究で解明していく必要がありそうだ．

（２）ハロの出現数の月毎の推移及び出現パターンの特徴

５．この研究の問題点と今後の展望（１）この研究の問題点

パターン 1 は出現回数が安定せず，波のようなグラ・本研究では「ハロ出現の要因」を明らかにすることはフとなった．しかし回数が顕著に多くなっている月にできなかった．

出現したハロには，何か共通した特徴があり，パター・ハロの分類したデータが2年分の為，データが少ない．

ン 1 の出現条件と関係があると考えられる．

しかし，『ブログ版科学する空』には，2017年からのデパターン2は梅雨時である5・6月が飛び抜けて多くータが蓄積されている．なので，4年分のデータをさらなっていた．このことから，梅雨時に起こる現象とパに追加して分類することで，より細かく，そしてより

ターン2の出現条件には関係があると考えられる．

正確な研究データを得ることができると考えた．

パターン3は特徴らしきものが見えなかった．おそ・地上天気図のパターン分類の作業が人の手によるもらく，パターン3をパターン1,2以外，と大きく分類しのの為，結果が違う可能性がある．

ている為，それぞれの地上天気図に共通した規則性が・また，24時間の監視ではなく，人の手による観測結果見られず，特徴が見つけられなかったのだと考えられである為，観測漏れの可能性がある．

る．
もう1点，パターン間の相互関連に注目すると，理（２）今後の展望

由はわからないが，2月から5月，そして10月から12月

・引き続き過去のハロ出現日の天気図のデータを分類にかけてのグラフを見ると，パターン1とパターン3はする．

緩やかに連動しているように見えるが，パターン2と・また，パターン3と判定した天気図を比較し，共通点

パターン3は明らかに連動していない．

や相違点を探る．
・引き続き，Atom Cam2 での観測および肉眼での観測を４．考察継続し，ハロのデータを増やす.

低気圧が接近しているパターン 1 は， 3，7，8 月に・今回は，22 度ハロのみを分類したが，他のハロの観多い．一般に春や秋には，高気圧と低気圧が交互に来測記録も含めて分類すると，また違う新たな結果が出る季節として知られており，この時期に発生するハロるかもしれない．

は，移動性高気圧と高気圧の間の低気圧に発生するパ・特殊な気象条件の台風などの前後で出現したハロにターンが多いと考えられる．

は，普段出現するハロとは違う条件で出現している可停滞前線が近くにあるパターン 2 は，
5，
6 月に多い．

能性がある．

日本においてこの時期は，梅雨の時期であることが知・パターン 2 の停滞前線関連で，気団との関係についられている．梅雨の時期に発生する梅雨前線の正体はて調べてみるのもいいかもしれない．

停滞前線である．つまり，5，6 月に出現するハロは梅・今回の分析では，ハロを観測した当日の正午の天気

雨の停滞前線由来のハロが多いため，顕著に増加した

図でパターンを分けたが，ハロを観測した時刻とそのと考えられる．

12,24 時間後の地上天気図と比較できると，ハロ出現後パターン 1，2 のいずれでもないと判定したパターンの気象パターンが分析できるのではないかと考える．

3 では，規則性のようなものは確認できなかった．しか謝辞

し，年間を通じてパターン 3 は比較的出現しており，
中には 3 月や 11 月などの多い月もある．パターン 3 と本研究を進めるにあたり丁寧にご指導いただいた，

した分類は，特徴なしと判定した場合の天気図である．

三重県立飯野高等学校の小林悠介先生に心より感謝申ハロが生じる要因が低気圧や停滞前線によるもの以外

し上げます．またハロの撮影にご協力いただいた三重にも存在するならば，パターン 3 の天気図を細かく調大学教育学部附属小学校の前田昌志先生，長井直己先べる必要がある．これにより新たな規則性が見つけら

生，三重大学教育学部附属幼稚園の辻彰士先生，市川れるのではないかと考えられるが，本研究でそれを明智佐里さんに感謝いたします．
- 44 -

参考文献
池田圭一，服部貴昭『水滴と氷床がつくりだす空の虹色ハンドブック』株式会社 文一総合出版，2013年7月
31日
小林悠介『科学する空

空を見上げ続けた5年間の記録』NextPublishing Authors Press，2022年4月29日
小林悠介『ブログ版科学する空』(最終閲覧日2023年
1月12日) https://22dhalo.blogspot.com
小林悠介『大気光学現象について』科学する空（最終閲覧日2023年1月8日）
http://kagakusuru-sora.jp
気象庁過去の気象データ検索（最終閲覧日： 2023年
1月8日）
https://www.data.jma.go.jp/obd/stats/etrn/
気象庁過去の天気図（最終閲覧日：2023年1月8日）
https://www.data.jma.go.jp/fcd/yoho/wxchart/quic
kmonthly.html
高知大学気象情報項（可視）（最終閲覧日：2023年1月8日）http://weather.is.kochi-u.ac.jp- 45 -

銀河の明るさ測定から宇宙の膨張速度を求める下地 崇貴
鈴鹿市立天栄中学校

2年

Souki Shimoji
要旨
この研究では、昨年度の続きとして、昨年も使用したすばる画像解析ソフト「マカリィ」を使い、2 つの銀河団 A2151 と A1367のすでに等級が判明している銀河の明るさを測定し、昨年測定した 2 つの銀河団の中でそれぞれ 10 番目に明るい銀河の明るさの単位 カウント を 等級 へと変換する作業を行った。また、地球から最も近いおとめ座銀河団の中で 10 番目に明るい銀河と、2 つの銀河団の銀河の中で 10 番目に明るい銀河の等級の違いから、ハッブル定数を求める実験を行った。
研究の結果、ハッブル定数 92.30km/s/Mpc を求めることができた。
キーワード: 銀河団、銀河の明るさ測定、ハッブル＝ルメートルの法則、ハッブル定数

近似曲線が中学生では習っていない関数を使用するため、自分でなだらかな曲線を描いて求めた。今回、銀河の明るさを測定するために使用するアプリケーショ
ンは、昨年も使用したすばる画像解析ソフト“マカリィ”である。

１．はじめに僕は、小学生の時に宇宙の始まりに興味を持って以来、宇宙のことが大好きだ。特に宇宙の始まりである
ビッグバンののことについて書かれている本や宇宙論について書かれている本を読むと、とてもワクワクする。昨年は、2 つの銀河団の明るさを測定し、宇宙が膨張している証拠として、「ハッブル＝ルメートルの法則」の検証をしたが、今年度は、昨年使用した 2 つの銀河団の間の具体的な膨張速度を求めていきたいと考え、この研究を行った。

2．

（3）ハッブル定数を求める

研究方法

等級とは何なのかについて調べ、銀河団の明るさを等級に変換したり、そこからハッブル定数を求めたりして、この熱球を行った。研究について、行ったものは3 つある。1 つ目は、等級に関する調査、2 つ目は総カ
ウントを等級へ変換、3 つ目はハッブル定数を求める、である。
それぞれの方法を以下で述べる。

（1）等級に関する調査
昨年測定した銀河の総カウントを等級に変換するには、
まず、「等級とは何なのか」について知る必要がある
ため、インターネットを使用して、等級と総カウントの間にはどのような関係性があるのかについて調査を行った。

（2）総カウントを等級へ変換
今回は、まずすでに等級が判明している星の明るさを測定しその全体の明るさである総カウント、等級を使用した図を作成した。その後、(1)の調査ににより判明した等級が 1 違うと明るさは約 2.512 倍違うという性質を使用し、それらを踏まえて 2 つの銀河団 A2151と A1367 の中ですでに等級がわかっている銀河の明
るさを 2.512 倍した。また、総カウントが大きい、つまり明るいと等級は小さくなるため、等級を-1 した
結果の値を図に表し、その値をなめらかな線で結び、昨年測定した A2151 と A1367 の測定結果の中で 10番目に明るい銀河の等級を読み取った。
本来ならば近似曲線を引き、値を読み取るが、今回は- 46 -(2)にて総カウントから等級へ変換した 10 番目に明るい銀河の等級の値と、地球から最も近い銀河団である
おとめ座銀河団の 10 番目に明るい銀河（これ以降は
NGC4501 と 呼 ぶ ） の 等 級 と 距 離 を 使 用 し た 。
NGC4051 の等級と距離は、9.7 等級、15.5Mpc である 。 Mpc と は 天 文 学 で 距 離 を 表 す 単 位 で あ る 。
15.5Mpc は 5050 万光年に相当する。NGC4501 の等級と 2 つの銀河団の 10 番目に明るい銀河の等級との差を求め、（１）の調査により判明した等級が 1 違うと明るさが 2.512 倍違うということを利用して等級差と明るさの比をとった図を作成し、その図と等級差か
ら明るさの差を求めた。その後、「この 3 つの銀河は
もともとは同じ明るさである」と仮定し、そこから昨年も使用した、光の減衰の法則と明るさの差をを使用した。光の減衰の法則とは逆二乗の法則の一つで、物理量の大きさがその発生源からの距離の 2 乗に反比例するという法則である。それにより 2 つの銀河団までの距離を推定し、昨年度ハッブル＝ルメートルの法則の検証の際に使用した 2 つの銀河団の後退速度（V）と、今回求めた距離（r）から式（1）を用いてハッブル定数を求めた。
H=V/r（1）ハッブル定数は現在の宇宙の膨張率を表す。

３．結果（1）等級に関する調査
調査の結果、次のことがわかった。
・等級を表す数字が小さいほど、その天体は明るい。
・ 等級が 1 等級小さくなると、1000.2 倍天体の明るさが明るいことを示す。
・等級が 5 違うと明るさ（総カウント）は 100 倍違う
(図 3)

（2）

総カウントを等級へ変換

測定した銀河の総カウントと等級の関係から図を作成した。A2151 が図 1、A1367 が図 2 となっている。青色で示されているデータはすでに等級がわかっている
銀河の総カウントをマカリィにて測定して求めたもの。
データは矩形測光によって求めた。オレンジ色で示されているデータは計算により求めたもの。図 1、2、ともに曲線となった。
図 1、2 より、A2151 で 10 番目に明るい銀河は 14.1
等級、A1367 で 10 番目に明るい銀河は 13 等級であることを読み取った。

（３）ハッブル定数を求める（２）の 2 つの銀河団の 10 番目に明るい銀河の等級のデータから NGC4501 の等級 9.7 を引いた等級の違い
A2151 4.4 等級 A1367 3.3 等級を求めることができた。その後、図 3 より A2151 で 61 倍、A1367 で20.5 倍総カウントが異なることを読み取った。
青い縦線はそれぞれの銀河団で 10 番目に明るい銀河のカウントを示している。
その後、3 つの銀河団で銀河の総カウントが異なるが、元の銀河の明るさは同じだと仮定し研究した。そのため、明るさは距離の 2 乗に反比例するという光の減衰の法則を利用することができ、それにより NGC4501との距離の違い A2151 で 7.81 倍、A1367 で 4.53 倍
距離が異なることを見積もることができた。
そして、このデータと NGC4501 までの距離のデータ
5050 万光年から、A2151 は 3.94×104 万光年、A1367
は 2.29×104 万光年と距離を見積もった。
その後、（1）の式、距離のデータ、昨年使用した 2 つの銀河団の後退速度をを使用し、ハッブル定数が求められた。
（表 2）なお、研究分野では距離の単位として「万光年」ではなく「Mpc」を使用するため、本研究でもハッブル定数の算出の際は、銀河団までの
総カウン
ト

図1

総カウン
ト

図2

等級

図 2：A1367 の明るさと等級の関係

総カウン
トの比

図3

等級の差

図 3：銀河の等級と総カウントの関係
距離を「万光年」から「Mpc」へと変換して用いた。

４．考察
本研究では、ハッブル定数を求めることを目的とした。
単位が km/s/万光年のハッブル定数は、研究者が発表しているハッブル定数と大きな差があった。しかし、Mpc で求めた A2151 と A1367 のハッブル定数は研究者が発表しているハッブル定数と大きく異なっていな
いことが分かった。したがって、正しいハッブル定数を求めることができたことがわかった。
また、図 1 を見ると、1 つだけ曲線とならなかったデータがあった。2、3 度測定をし直したが、同じ結果
となった。

等級

図 1：A2151 の明るさと等級の関係

5．

表 2 求めたハッブル定数、研究者が発表しているハッブル定数

銀河団
A2151
A1367
平均
先行研究

まとめ

今回の研究から、宇宙の膨張率を表す具体的な
ハッブル定数、A2151 は 90.63km/s/Mpc、A1367 は93.97km/s/Mpc、平均は 92.30km/s/Mpc を求めることができた。また、総カウントと等級の関係から、昨年ではわからなかった銀河団までの具体的な距離を求める
ことができた。
来年度は、なぜデータが 1 つだけ曲線にならなかったのか、などについて、もう少し詳しく調べてみたいと考える。

ハッブル定数90.63km/s/Mpc
93.97km/s/Mpc
92.30km/s/Mpc
66.93 ± 0.62 km/s/Mpc

６．謝辞- 47 -

研究を進めるにあたり、大変多忙なことにも関わらず、ご指導いただいた三重大学教育学部の伊藤信成先生に感謝いたします。また、このような大変貴重な機会を与えていただいた、三重ジュニアドクター育成塾の後藤太一郎先生をはじめ、ご協力いただいた先生方に感謝申し上げます。

７．参考 URL
・Astroarts
https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/9750_h
ubbleconstant
・物理のメモノート
https://physmemo.shakunage.net/phys/magnitude/magnitud
e.html- 48 -

昆虫の飛ぶ仕組みを調べてみた
辻本 憲史
三重大学教育学部附属中学校 1 年
Norihumi Tsujimoto
要旨
昆虫の飛ぶ仕組みを調べたところ、飛行機やヘリコプターとは全く違う仕組みで飛んでいることがわかった。この昆虫の飛翔メカニズムを模倣することができれば、今までとは違う飛行物体を作ることができると考えた。特にハチやトンボなどの間接飛翔型は背板を上下させて翅を打ち上げたり打ち下ろしたりするとても面白いものだった。いかに背板を上下させるかが問題になり、模型をいくつか作成したが、思うような装置はできなかった。
キーワード: 飛翔模型 昆虫

１．はじめに4 年生の自由研究で 23 種の昆虫を採集し翅を広げた状態の標本にして、それぞれの昆虫の翅の特徴についてまとめた。その結果、ハチの翅がコンパクトで長距離を飛ぶことができ飛行能力も高く一番すごい翅だと思った。そこで、昆虫の飛翔メカニズムを調べてみたところ、飛行機やヘリコプター、ドローンとは違う仕組みで飛んでいることがわかった。昆虫の翅をまねすることができれば今までにない飛行物体ができると考えた。そこで昆虫の飛翔のメカニズムについて調べ、飛翔の模型を作成してみようと思った。

石・コイル・プラバン・ナイロン糸・ichigojam
方法
羽ばたきのメカニズムを本やインターネットで調べた結果、昆虫の羽ばたきのメカニズムは昆虫の種類によって 2 つあることがわかった。
・直接飛翔筋によるもの（トンボやカゲロウなどの原始的な飛翔システ
ムの昆虫）・間接飛翔筋によるもの（甲虫・チョウ・ハチなどの新しい飛翔システ
ムの昆虫）(https://cns.neuroinf.jp/jscpb/wiki/昆虫の羽ばたき運動のメカニズム)

この２つの種類それぞれについて模型をつくる。

３.結果
4 年生で作成した標本

結果 1：段ボールでの飛翔模型
・直接飛翔筋による運動装置
翅の上下運動を再現できた。

２．材料と方法
昆虫の飛ぶ原理と同じ模型を作る。

・間接飛翔筋による運動装置
背板を押し上げることで翅を持ち上げる背板の変形を、
しなりのない段ボールでは作成できなかった

材料
飛翔模型の材料に次のものを準備する。
ボール・ガムテープ・ひも・輪ゴム・レゴデュプ
ロ・レゴブロック・下敷・プラスチックボード・
たこ糸・保冷剤・わりばし・竹串・ストロー・磁

結果２：レゴデュプロでの飛翔模型- 49 -

著者名

・直接飛翔筋による運動装置
直接飛翔は翅の上下運動と外転運動、内転運動ができるようになった。
打ち下ろし

外転運動

翅は上下に動くものの背板を利用した間接飛翔の仕組
みとは違うものになってしまった。
結果４：結果２と結果３を合わせる。
レゴで結果２に近いものを再作成。背板にクリアファ
イルを使う。背板に糸を通して結果３のクランクで引っ張る装置。

・2 本の飛翔筋（たこ糸）を同時に引くと翅が打ち下ろさせる。
・1 本のみを引くと翅が外転運動する。

翅・間接飛翔筋による運動装置
間接飛翔は背板をしなりやすい下敷きにしたため、上下運動と外転運動、内転運動ができるようになった。
背
板

たこ糸 B

クランク
背板

翅

翅

たこ糸 A

背
板
の
盛
り
上
が

クランクを動かすと少し背板がしなり、翅が羽ばたいた。しかし、力の伝わりが弱く、糸も絡まり動かなく
なる。

打ち下ろし

結果５：電磁石を使った飛翔模型
背板を上下できないか全く違う方法を考えた。
学校でならった電磁石の力を使えないか考えた。
電磁石であれば電流を流したり切ったりすることで磁力をもたせたりなくしたりできるのでよいと考えた。
小さいといろんな装置が作成しにくいで、レゴデュプ
ロで装置を作成。学校でもらった「電流のはたらきロ
ードスターZ 型」を使って磁石の力で背板が上下するものを作成。

打ち上げ

・背縦走筋（たこ糸 A）を引くと背板が盛り上がり
翅が打ち下ろされる。
・背腹筋（たこ糸 B）を引くと翅が打ち上げられる。

電流のはたらきロードスターZ 型≪模型結果からいえること≫
実際に模型をつくることで飛ぶメカニズムを理解することができた。
昆虫は背板が曲がることで飛んでいる時の運動が起こることを確かめた。
そこで昆虫の飛翔システムで自動で羽ばたく装置をつくってみたいと思った。
インターネットで調べてみると、直接飛翔での羽ばた
くトンボ型のロボットがすでに作られていることがわかった。しかし、昆虫の間接飛翔型のロボットに関するものをみつけることができなかった。
そこで自動で翅を動かすことのできる間接飛翔装置を作ろうと思った。

スイッチ
翅

背板（下じき）磁石
ヒンジ（ストロー竹ぐし）

結果３：レゴ歯車を使った飛翔模型
自動で動かすにはモーターを使うことになると考えた。
回転する動きを上下運動に替えるためにクランク機構
を使い、回転数を増やすために歯車を使った。
取っ手を回すと翅が上下する。

電磁石（コイルと鉄芯）

背板の上の磁石の磁力が強く、電磁石の中心の鉄芯に引っ付いて反発させようとしても反発してくれなかっ

クランク
歯車
翅
取っ手

- 50 -

タイトル

た。逆に背板の上の磁石の磁力を弱いものに替えたと
ころ、電磁石にひきつけられなかった。電磁石のコイ
ルの巻き数を変えて何度か調節したがうまくいかなかった。思っていたより磁力を調節することは難しいことがわかった。

翅

背板（プラバン）

背板がまがることによる打ち下ろしが再現できた。

結果６：ichigojam を使った装置
作成したい間接飛翔について整理してみた。

〈実証実験〉
・昆虫の胸を上から見たところ
背板

セミが道に死んでいたので、今作成している飛翔メカニズムが実際の昆虫でどのようにその筋肉がついているのか解剖することで確かめてみた。
セミの背板を指で押すと翅は自然に打ちあがる。

B
翅

A

A

翅

B

・昆虫の胸を断面で見たところ
翅の打ち上げB
背板

翅
A

翅の打ち下ろしA
背板
翅
B

セミの胸と翅の間には白い幕のようなものがある。翅のついている胸部分の足がついている下側は固くなっている。
翅と胴体がこの原理が働くよ
うに固くなっているようだ。
赤線で切断する

翅AA
翅

背板を指で押すと翅は自然に打ちあがる。筋肉繊維は背と腹に縦につながっている。

昆虫の翅は背板の A 側が下に曲げられたときに打ち上げられ、B 側が下に曲げられたときに打ち下ろされる。
それを交互に行うことで、羽ばたきが起こる。
A 側と B 側を交互に引っ張る必要があるので、交互に作動させることができるようプログラムできる
ichigojam を使うことにした。

背板の翅がついている近くを竹串で内側から押し上げると翅は打ち下がる

背板の二か所の A 点に穴を開けナイロン糸をとおし同時に引っ張ることで背板を曲げて翅を打ち上げ、背板の二か所の B 点に穴を開けナイロン糸をとおし同時に引っ張ることで背板を曲げて翅を打ち下ろす。
それを交互に作動するようにプログラミングする。

死んでいるセミでも、実際に背板を上下することで、翅を打ち上げたり打ち
下げたりすることがわかった！

４．考察
昆虫の飛翔システムの一つである間接飛翔の装置をつくるため、背板をいかに上下させ、その運動により翅を上下させるかが問題となった。翅の打ち下ろし
自動装置はできたものの、背板を上下させる伸び縮みする筋肉の動きを装置にすることは、とても難しいことがわかった。羽ばたきの再現さえ出来ていないが、これで実際飛びたつものを作るには、機械の重さ、翅の回転とまだまだ課題が多く、昆虫はすごいと改めて感じた。

作成してわかったこととして翅と体でてこの原理がはたらいているということ。
背板がイメージ通りに曲がらす翅の動きに結びつかず失敗した。糸の位置、背板の硬さによりしなりが思うようにいかない。
そこでまず打ち下ろしの動きだけを再現できる模型の作成をした。

参考文献
昆虫の羽ばたき運動のメカニズ http://chs.neuroinf.jp/jscpb/wiki/
空を飛ぶ生き物たち PHP 研究所 2015 年
工作でわかるモノのしくみ 誠文堂新光社 2018 年- 51 -

Scratch を用いた音楽ゲームの作成

柴田琉花
三重中学校

3年

Luka Shibata
要旨
Scratch を用いた音楽ゲームの作成を行った。
Scratch の拡張機能の音楽のプログラムを使って音楽と落ちてくるタイミングを合わせたが、合わなかったため使わず変数を使ってタイミングを合わせた。

変数 ・Ｄエフェクトｘ、・Ｄエフェクトｙ、・Ｄ
ステータス、・Ｆエフェクトｘ、・Ｆエ
フェクトｙ、・Ｆステータス、・Ｊエフェ
クトｘ、・Ｊエフェクトｙ、・J ステータ
ス、・Ｋエフェクトｘ、・Ｋエフェクト
ｙ、・Ｋステータス

１．はじめに実験の動機は、リズムゲームにハマって Scratch の遊ぶところでリズムゲームがあってやってみたら面白かったので、作ってみようと思った。
昨年も Scratch を使ってゲームを作成したので、それを活かして拡張昨日などを使ってリズムゲームを作成したいと思った。

Ｄのプログラム

２．実験の概要★実験機材
PC（Windows 10 home）
開発環境
Google Chrome バージョン: 98.0.4758.102（Official
Build） （64 ビット）
スプレッドシート
Scratch3.0

https://stretch3.github.io/

Ｋのプログラム★使用したスプライトと背景
スプライトは、D/F/J/K、DFJK キー押下、判定ライン、
ノートです。

J のプログラム★キーのプログラム- 52 -

Ｋ

の

プ

ロ

グ

ラ

ム

「楽曲データ」に入っている数字は、ゲームスタート
直後にタイマーがリセットされてからの経過時間（秒）を表しています。

Ｄリストの計算は・1 拍あたりの時間（秒）＝60÷90＝0.666666…
・ ノ ー ト 生 成 時 間 （ 秒 ） ＝ （ 17 ＋ 0 ）*0.66666-1≒10.333322←2 番目
・ ノ ー ト 生 成 時 間 （ 秒 ） ＝ （ 17 ＋ 2 ） *0.666661≒11.666654←3 番目★ノート生成のプログラム
変数 ・D/F/J/K 要素番号
リスト ・楽曲データ★DFJK キー押下のプログラム

ノートのプログラム★楽曲データのプログラム★エフェクトのプログラム- 53 -

・黒いラインを中心として上下 10px 以内だった
COOL にする。

ら・上下 10～20px の範囲だったら GOOD にする。
・上下 20px 以上離れていたら BAD にする。
ステータスのプログラム

エフェクト 2 のプログラム★楽曲データのプログラム
変 数 ・ 曲 名 ・ 今 何 拍 目 ？ ・ BPM ・ 曲 全 体 の 時 間（秒）・ノート出現時間（秒）・最初のノート・ステップ・楽曲データ

エフェクト 3 のプログラム
・ノートの種類- 54 -

図 2 AI なしゲーム

ノ ー ト の 種 類 は 、 DFJK の い ず れ か を選択
・何拍目から登場？ ノートを登場させるタイミング
・細かさ 4 分音符なら「1」、8 分音符なら「２」、2分音符なら「0.5」細かく音程を取る場合
は 1 よ
り大きな数字にし、1 より小さな数字
にするとそ
の逆。
・何個飛ばし？ ノートをスキップさせる間
・最後にノートを出現させない時間（秒）
曲の終わりから何秒前でノートを止めるか。入力し字が曲の終わる何秒前かにノートが止まる。
・何拍目から速くする？
度を 1.5 倍に変更する。

入力した拍数からノート生

た数

成頻
３まとめ
今回音ゲーを作ってみて、1 番難しかったのは落ちてくる
タイミングを合わせることでした。最初は何拍休むかのプロ
グラムを使ってタイミングを合わせていましたが、なかなか合わなかったため計算してそれをプログラムにしてみました。
今度は、本当のゲームみたいに選択画面から始まったりもっと曲を増やしてみたいです。

参考文献
松下孝太郎、山本光（2020）スクラッチプログラミ
事例大全集

ング

楽曲データのプログラム
石原淳也、倉本大資（2020）Scratch ではじめる機
習作りながら楽しく学べる AI プログラミング械学[Scratch}簡単プログラミング！音ゲーの作り方
https://www.youtube.com/watch?v=NXnMNK0-8Vw&t=1s

スクラッチで音ゲーを作ろう！[ゆっくり×スクッチ]
https://www.youtube.com/watch?v=LEx0NHGAO-o&t=1s

ゲーム画面- 55 -ラウミホタルは血の匂いを感じて餌をみつける
寺地 優太
近畿大学附属新宮中学校２年
Yuta Teraji
要旨
ウミホタルは海底に生息する小型甲殻類で、発光物質を出して光ることから発光の研究に用いられている。ウミホタルの採集には魚のアラを用いるが、どのようなものに集まるか野外調査実験と室内行動実験で調べた。その結果、ウミホタルは脊椎動物の血液に誘引されることがわかった。血液のヘモグロビンに含まれる成分として鉄に対する反応を調べたところ、錆びた鉄釘に誘引された。錆びた鉄釘と魚のアラを同時に用いることで、アラだけの場合より多くのウミホタルが採集された。鉄の匂いの正体としてトランス‐4.5‐エポキシデセナールが知られており、この物質は紅茶にも含まれることから、紅茶に対する反応を調べたと
ころ、錆びた鉄釘や血液と同様の反応がみられた。さらに、トランス‐4.5‐エポキシデセナールを用いた行動実験により、1.0ppb（10 億分の１）の濃度に反応した。また、鉄釘だけでは集まらないことから、ウミホタルが餌を食べるには味覚が関係していると考え、いりこなど 3 種類のだしの素を用いた野外調査実験を行ったところ、いりこを溶かした寒天に集まり、鉄釘を入れることで最も多くのウミホタルが集まった。以上の結果から、ウミホタルは血液の匂いに誘引され、イノシン酸を含むものを感じて摂餌することがわかった。

キーワード: ウミホタル・嗅覚・血液・トランス‐4.5‐エポキシデセナール・味覚・イノシン酸

１．はじめにためという予想を裏付ける結果となった。

私は 2019 年に新宮市少年少女発明クラブの講座でウ

血液に反応する水生動物としてはサメが有名である

ミホタルについて学ぶ機会があり、発光の美しさに興が、無脊椎動物が血液に反応するという研究報告はみ味をもった。ウミホタルの採集には魚のアラを用いるられない。そこで、ウミホタルの摂餌行動を指標に、ウことが一般的であるため、ウミホタル採集用のトラッ

ミホタルがどのような匂い成分を感じているか明らか

プを作成して自宅の近くにある港に仕掛けたところ、にすることを研究の第一の目的とした。嗅覚に関する

ウミホタルを採集することができた。

実験をする過程で、誘引するだけで食べないこともあ

ウミホタルがどのようなものに集まるのかを調べた

ることがわかったため、食べ物かどうかの識別には摂くなり、2020 年には私たちが食べる食材（魚、大豆ミ餌は嗅覚とともに味覚も関係していると考え、味覚にート、うどん、牛脂、大根、チョコレート）６種類を用ついて明らかにすることを第二の目的とした。

いて採集した。その結果、魚に最も多く集まり、ついで少量であるがうどん、大豆ミートとなり、牛脂や大根、

２．材料と方法

チョコレートには集まらなかった。
2021 年に飼育中のウミホタルを観察していた際、餌（１）実験動物を入れていた何もない小皿に集まってきたことがあっウミホタルの採集た。2020 年に行った実験で 1 回だけうどんに多く集ま2020 年８月から 2021 年９月にかけて、採集場所はったことを思い出した。その原因として、魚のアラを

和歌山県那智勝浦町の宇久井港の防波堤で採集した。

触った手でうどんを触ったり、魚のアラを置いた小皿採集するためにトラップは小型プラスチック水槽を用を用いたことにより、うどんや皿に血液が残っており、い、これに魚のアラを入れた。1 回の採集で、２個から血液に反応したのではないかと考えた。

６個のトラップを用いた。日没後に防波堤から海に沈そこで、ウミホタルが石やうどんに接触するかどう

め、1 時間程度置いてから引き上げた。水槽内のウミホか室内実験をしたところ、石にはほとんど接触せず、タルをそのまま自宅に持ち帰り、個体数を数えた。

血をつけた石には接触した。また、血をつけた石より、

ウミホタルの飼育
ウミホタルは人工海水を入れたプラカップ（直径 10血をつけたうどんに対して接触が多かった。このことから、うどんや皿に集まったのは、血が付着していた㎝）に入れ、20℃に設定した恒温器で飼育した。
- 56 -

魚のアラの小片を３日に 1 回与え、海水は 1 週間にDMSO（ジメチルスルオキシド）で希釈して 0.1 %にした

1 回交換した。

ものをストック液とした。これを 10 倍から 1 億倍に希釈してテスト液とした。テスト液をゲル化して用いる（２）行動実験ためにペクチンを加えるとともに赤色食用色素を入れププラカップに人工海水を 1 ㎝の深さまで入れ、こて、「餌」として見えることができるようにして、カッ

こにウミホタル 5 個体入れた。カップの中央に餌を入プの中央に入れた（図１-Ｃ）。この試薬の購入や準備れた（図１-Ａ，Ｂ）。上からタブレットのカメラで 1 分

は自分でできないことから、三重大学教育学部理科教間動画記録した。餌に接触した個体数と最初に餌に接育の後藤太一郎先生にご協力いただき、先生の研究室

触した時間を計測した。各実験は個体を変えて 5 回繰に行き実験した。

り返した。
（４）野外における嗅覚に関する採集実験
嗅覚に関する行動実験の結果をもとに、ウミホタルを誘引した鉄釘については、魚のアラと組み合わせをした野外採集実験を行った。
（５）野外における味覚に関する実験
味覚物質として知られている物質を寒天で固めたもの

Aを用いて、野外採集実験を行った。魚の出汁や昆布の出汁に着目し、顆粒の出汁の素 3 種（いりこだし、昆布だし、カツオだし、理研ビタミン株式会社）を用い、これを寒天液（2～5%）に溶かして、プラスチックのカップ（100ml）に入れて固めた。また、嗅覚による誘因Bを確認するために寒天を溶解するのに紅茶を用いたもCのや、紅茶の代わりに鉄釘も用意した。これをウミホタル採集に用いている容器に入れて採集実験を行い、

図１ 行動実験に用いた容器の模式図（A）．カップに 5個体のウミホタルを入れ、中央に餌物質（オレンジ色の部分）を置いた. B: 中央に餌（肝臓）を置いた状態．
C: 「餌」とするテスト液が液体の場合に、着色したペクチンで粘性を高めて用いた．

集まったウミホタルの個体数を調べた。

３．結果
（１）
①

時間は血液や肝臓では 10 秒ほどであったが、心ウミホタルを誘引するものを調べるために、以下のも臓や腎臓でも同程度の時間に集まることもあっのを用いた室内行動実験を行った。

た。このことから、臓器の種類による差はないと

魚のアラの種類に対する反応

いえる。
（図２）

魚の心臓、肝臓、腎臓、血液②

鯖の内臓に対する反応
魚の各臓器に反応がみられた。餌への接触までの（３）嗅覚に関する実験①

嗅覚に関する行動実験および野外調査実験

その他の血液成分を含むものや脂質に対する反応
鳥の血液、骨髄、肝臓、牛脂、鯨の血液、冷凍赤虫、
乾燥赤虫③

ヘモグロビンに含まれている成分に対する反応
鉄釘、ステンレス釘、真鍮釘、錆びた鉄釘、ペンキを塗った鉄釘
鉄釘については、野外採集実験も行った。

④

血の匂い成分を含むものに対する反応
紅茶（株式会社ろばや、有機紅茶）⑤

血液の匂い成分に対する反応

図2

トランス‐4.5‐エポキシデセナール 1 ㎎を 1ml の- 57 -

鯖の内臓に対する反応

②

他動物の血液に対する反応
鳥と鯨の血液には同じぐらいの大きな反応が見られ、次いで赤虫となり、牛脂と骨髄には反応しなかった。また、冷凍赤虫や乾燥赤虫に集まったことから、ヘモグロビンに含まれ分解されないものに誘引されると考えられる。（図３）

図５⑤

紅茶に対する反応

ウミホタルの野外採集における鉄釘の利用

行動実験の結果をもとに、ウミホタル採集の餌として鉄釘を用いた。その結果、錆びた鉄釘だけではほとん
ど採集できなかったが、魚のアラと錆びた鉄釘を入れた場合、魚のアラだけの場合よりも多くのウミホタルが集まった（表１）。
表1

鉄釘を利用した野外採集実験

餌図３ 他の動物の血液に対する反応③

トラップ A

トラップ B

魚のアラ
錆びた鉄釘

56
4

33
0

魚のアラと錆びた鉄釘

706

158

金属に対する反応⑥ トランス‐4.5‐エポキシデセナールに対する反応

ステンレス、真鍮の釘には反応がなく、鉄釘や錆

鉄の匂い物質として知られているトランス‐4.5‐エ

びた鉄釘には反応があった。ペンキを塗った鉄釘

ポキシデセナールを三重大学教育学部の後藤太一郎先には反応がなかった（図４）。

生にこの試薬を用意していただき、これに対するウミホタルの反応を 2022 年 5 月１日に三重大学の研究室をお借りして調べた。ストック液は 0.1％であることから、
これの 10 倍希釈から 1 億倍希釈まで調べた結果、
10ppb（10 億分の１）から 0.01%までの濃度に対して 50～
60％の反応が見られた。1ppb でも 25％の反応であったが、0.1ppb では反応がなかった。このことから、ウミ
ホタルはトランス‐4.5‐エポキシデセナールに誘引されることがわかった。
（図６）
100

80

反
応
率
（
％
）
図4
④

金属に対する反応

60

40

20

0

紅茶に対する反応10-8

血液に含まれる成分と同じものが紅茶に含まれてい

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

濃度（g/L）

るという報告があったことから紅茶に対する反応を調

図 6

査。その結果、血液と同程度の誘引がみられた（図５）。

（バーは標準誤差を示す）- 58 -

トランス 4.5 エポキシデセナールに対する反応

（２） 味覚に関する野外調査実験の血液の匂いを感じていること示された。鮫がわずか行動実験から紅茶に誘引されたので、3 種のだしのな血液の匂いを感じていることはよく知られているが、素を紅茶で作成した寒天液に溶かしたものを用意し、無脊椎動物で血液の匂いを感じるという報告はなく、2022 年 5 月 20 日午後 8 時 6 分から 8 時 55 分に野外本研究がはじめてかもしれない。

採集実験を行った。その結果、紅茶寒天には集まら

血液成分に含まれているものとして鉄分子があるこなかったものの、いりこ入り紅茶寒天に対して 185とから、錆びた鉄釘を用いたところ、ウミホタルは誘個体いた。昆布やカツオ入り紅茶寒天にもわずかで引された。このことは、魚のアラと錆びた鉄釘を一緒あったが集まった（表２）。

にしてウミホタルを採集した際に大量に採集されたことから、行動実験を裏付けるものである。

表 2 3 種のだしの素に対した採集できた個体数

鉄の匂い成分は、脂肪酸が鉄と接触して、酸化する

餌
紅茶
いりこ＋紅茶昆布＋紅茶
カツオ＋紅茶個体数ことで生じるトランス‐4.5‐エポキシデセナールと

0
185
3
1

いう化合物が知られている。これは紅茶にも含まれていることから紅茶を餌として用いたところ、紅茶にも誘引され、その効果はほぼ血液と同じであった。この結果はウミホタルが感じる匂い物質はトランス‐
4.5‐エポキシデセナールであることを示唆する。この物質を投与した際の反応を調べた結果、1.0ppb という

次に、紅茶寒天、カツオ入り寒天、カツオ入り紅茶

低濃度でも誘引された。ヒトのトランス－４,５－エポ

寒天の 3 つの条件で 2022 年 6 月 3 日午後 8 時 45 分

キシデセナールに対する感度は、0.62ppb(水中）ととてから 9 時 15 分に調べたところ、カツオと紅茶の場合も低いが、ウミホタルでもほぼ同じであった。無脊椎だけに個体数は少なかったが集まった（表３）。
表3動物の嗅覚としてトランス－４,５－エポキシデセナ

カツオだしの素と紅茶の組み合わせで採集できた個ールがあることは知られておらず、本研究が初めてで体数あるだろう。ウミホタルは動物の血の匂いを感じるこ

餌
紅茶
カツオ
カツオ＋紅茶個体数とで餌を見つけるように発達したと考えられるが、魚009の死骸などを捕食する他の水生無脊椎動物の中にはト
ランス－４,５－エポキシデセナールを感じるものもいるかもしれない。
錆びた鉄釘を用いた採集ではウミホタルはほとんど

さらに、いりこ入り寒天とカツオ入り寒天に錆びいなかった。これは、鉄釘に誘引されたものの、餌でなた鉄釘を組み合わせで調べたところ、錆びた鉄釘といことから逃げたためと考えられる。つまり、嗅覚でいりこ入り寒天に対して 24 個体と最も多くの個体

餌に接近した後、食べ物かどうかは味覚で識別していが集まった（表４）。

ると考えられる（図７）。

表 4 いりこ、カツオだしの素と鉄釘の組み合わせで採集で
きた個体数

餌
錆びた鉄釘
いりこ
いりこ＋錆びた鉄釘
カツオ
カツオ＋錆びた鉄釘

個体数
0
6
24
0
0

嗅覚
図７

ウミホタルの摂餌行動.

味覚
匂いで餌を感じて近づき、味覚によって食べ物かどうかを識別する．

そこで味覚に関する野外採集実験を行った。うま味成分として知られるグルタミン酸やイノシン酸を含む

４.考察

ものとして、カツオだし、いりこだし、昆布だしを用いウミホタルの採集には、一般に魚のアラや、鳥の肉て、これを寒天に溶かすことで餌とした。その結果、紅などが使われる。本研究では、ウミホタルは魚の血液

茶寒天にいりこだしとかつおだしを加えると集まったの他、鳥や鯨の血液に誘引されたことから、脊椎動物

ことから、ウミホタルはイノシン酸を感じていること- 59 -

が示唆された。鉄釘といりこ入り寒天によりウミホタ
ルを最も多く採集することができたことから、鉄釘に誘引されて、いりこ入り寒天を食べたと考えられる。
以上の結果から、ウミホタルの摂餌には、嗅覚としてトランス－４,５－エポキシデセナールを感じ、味覚
としてイノシン酸を感じていることがわかった。
イノシン酸は核酸系の物質であり、グルタミン酸な
どのアミノ酸と一緒にすることで味覚の相乗作用があることが知られている。今後、イノシン酸を感じる濃度について調べるとともに、アミノ酸との相乗作用について、これまでに行ってきた室内行動実験を行うことで調べる計画である。実験には嗅覚に関する物質は欠かせないことから、ウミホタルの味覚の実験では紅茶などの味覚物質を含まないものを混合する必要がある。本研究結果は、ウミホタルの味覚研究に関する新
たな方法を提唱するものでもある。

５.今後の課題
今後は、イノシン酸の感度など、味覚に関する実験を行うとともに、他の甲殻類の嗅覚と味覚について調
べ、甲殻類養殖のための人工飼料開発に役立てたい。

参考文献
鉄のにおいの正体

http://blog.livedoor.jp/route408/archives/5
0674724.html
核酸系うま味物質と相乗作用の発見

https://www.umamiinfo.jp/what/attraction/di
scovery/

謝辞
研究活動を進めるにあたり、熱心なご指導・ご協力
いただきました、三重大学教育学部特任教授

後藤太一郎先生に深く感謝いたします。

- 60 -

きなこの「硬さ」の研究－粒度のばらつきを抑えると？－

町田 明駿
桑名市立光陵中学校

2年

Akitoshi Machida
要旨
きなこがたっぷりついたおはぎを作るためには、きなこの粒同士がしっかりとくっつくことが重要です。きなこの粒と粒がつながる力は、きなこと水を混ぜてから乾かし、水分子の間に働く引力で粒を近づけることで強くなると考えられます。
そこで、きなこと水を混ぜたものを乾燥させた「板きなこ」を作って、その硬さと水分量の関係を調べることにしました。また、
きなこ粒の粒度のばらつきと硬さの関係も調べました。実験では、粒度のばらつき具合が違う 2 系統のきなこで、様々な水分量の板きなこを作製し、ひもをかけて引っ張って破断しました。破断に要した力は、力センサーで測定しました。その結果、水分量が少なくなるほど力が大きくなることが分かりました。また、粒度のばらつきを抑えた板きなこの方が、抑えない方より硬くなることも分かりました。

キーワード: きなこ、硬さ、すき間、水分子の間に働く引力、粒度のばらつき

１．はじめに

２．実験１

私はきなこの付いたおはぎが好きです。しかし、お（１）粒度のばらつきを抑えたきなこの作り方

はぎを食べようとするときなこがすぐ崩れ落ち、たく

粒度のばらつきを抑えるために、100 メッシュと 150

さん食べられないのが不満でした。きなこが崩れやす

メッシュの 2 種類のふるいを使いました。それぞれのくなる原因は、きなこの粒の間にすき間がたくさんあ

網目の内寸を、表 1 に示します。

るため、粒同士の接触面が少なくなり、粒の間に働く力が小さくなるからだと私は考えました。そこで去年、

表 1 ふるいの網目

きなこと水を混ぜた生地を板状にして室温で乾燥させ網目の密度(メッシュ)
網目の内寸（㎛）

た「板きなこ」を作製しました。乾燥中、水分が蒸発す
るにつれて、水分子の間に働く引力できなこの粒同士が近づき、接触面が増えてきなこが崩れにくくなる、

100（粗い）150（細かい）

96

207

つまり板きなこが硬くなると仮説を立てました。

155
171

仮説を確かめるために、水分量の違う 5 種類の板きなこを作製し、ひもをかけて引っ張って破断しました。
すると、板きなこは水分量が減るほど硬くなることが

私はきなこをふるいにかけて、100 メッシュのふるい

分かりました。

を通り、150 メッシュのふるいを通らなかった中くらい

その後私は、きなこの粒度にはばらつきがあると知の粒度のきなこを「粒度のばらつきを抑えたきなこ」

りました。そのため今年は「きなこの粒度のばらつきとしました。図 1 に、粒度のばらつきを抑えなかったを抑えると、粒の間のすき間が去年より減り、板きな

きなこの粒度内訳を示します。ばらつきを抑えなかっこがより硬くなる」と仮説を立てました。

たきなこには、
100 メッシュのふるいを通らない大粒が仮説を確かめるために、きなこをふるいにかけ、粒22%、150 メッシュのふるいを通る小粒が 31%含まれて度のばらつきを抑えたきなこの板（以降、板きなこ A

います。それらが合計で 53%を占めるため、きなこをと呼びます）を作製しました。そして、粒度のばらつき

ふるいにかけることで粒度のばらつきを半分程度に抑を抑えなかったきなこの板（以降、板きなこ B と呼びえられたと考えられます。

ます）との硬さを比較しました。
- 61 -

表 3 板きなこ B の仕様

抑えなかった31%

抑えた

水分量（%）

8

15

21

31

40

板の質量（g）

2.5

2.7

2.9

2.9

3.0

枚数

8

8

7

8

9

22%
48
%

100%

仮説を検証するため、2 系統の板で破断実験を行いました。なお、板内の水分量は以下の式で求めました。

100 メッシュ以上
100 メッシュ未満、150 メッシュ以上

板内の水分量（%）＝

150 メッシュ未満

板内の水の質量（g）
板全体の質量（g）

× 100

①実験材料
図 1 きなこの粒度内訳

・5 種類、2 系統の板きなこ
・1cm 幅の溝が入った木材
・ストローに通したひも（２）板きなこの作り方

・力センサー（PS-2104）と計測ソフト（SPARKvue）

試料となる板きなこの作り方は以下のとおりです。
1. きなこと水を 10：11 の重量比で混ぜ、生地を作る。
2. 生地に上からビニールシートをかける。

②実験方法

3. 重しで生地を押しつぶして平らにのばす。

1. 溝の上に板きなこを橋渡ししてひもをかけ、ストロー部を板の中央に置く（図 3（a）
、
（b）
）
。

4. 生地をローラーで均一な厚さにのす（図 2（a））
。

2. 力センサーをひもにかけ、手で力センサーを一気に5.ビニールシートを外してから、包丁で生地を薄い直引いて板きなこを破断する（図 3（b））
。

方体に切り出す（図 2（b））
。
6. 切り出した生地を金網の上にのせ、室温で乾かす。

3. 破断したときにひもにかかった力を力センサーで測定する。

7. 水分が一定量まで減ったら完成。
完成サイズは 2.0×
2.5×0.5（cm）
。

（a）
（a）

板きなこ

（b）

図 2 板きなこの製作過程。
（a）生地をのしているところ、（b）生地を切り出しているところ
力センサー（３）材料と方法
表 2、3 のとおり、板きなこ A と B で水分量を変えた 5 種類の板を用意しました。

（b）
表 2 板きなこ A の仕様

図 3 実験装置。（a）上から見たところ（写真）

水分量（%）

7

14

21

30

40

板の質量（g）

2.7

2.9

2.9

3.3

3.0

枚数

8

9

9

7

9

と、（b）側面から見たところ（模式図）（４）結果
破断実験の結果、板きなこ A の方が板きなこ B より

- 62 -

硬いことが分かりました。両系統の、水分量と破断に系統でも水分量が減るほど見かけ密度が高いです。水

要した力の関係を図 4 に示します。破断に要した力は、

分量 40%では両系統の密度が等しくなっていますが、どの水分量でも 7～9 枚の板の測定結果の平均値です。

それ以外の水分量では板きなこ A の方が密度が高いで水分量 40%ではどちらの系統でも平均 4N 台の弱い力す。このことから、板きなこ A は、板きなこ B よりきで破断し、両者に差はほぼありませんでした。しかし、なこの見かけ密度が高かったためより硬くなったと考水分量 7～8%になり両系統の板が硬くなると、板きなえられます。

こ A の破断に要した力の平均値が板きなこ B のそれを

表 4 板きなこ A の見かけ密度7.1N 上回り、差が開きました。

水分量（%）

きなこの見かけ密度（g/㎤）

7

0.99

14

1.01

の 場 合 𝐹 = 71𝑒 −0.066𝐶 、 板 き な こ B の 場 合 𝐹 =

21

0.94

61𝑒 −0.064𝐶 となりました。

30

0.90

40

0.72

グラフの近似曲線は、Excel の近似曲線機能を使って描きました。どちらの系統も指数関数の近似式がよく測定結果にフィットしました。近似式は、板きなこ A

破断に要した力F[N]50表 5 板きなこ B の見かけ密度40

板きなこA F = 71e-0.066C

水分量（%）

きなこの見かけ密度（g/㎤）30

板きなこB F = 61e-0.064C

8

0.94

15

0.92

21

0.91

10

31

0.80

0

40

0.72

20

0

20

40

水分量C[%]

４．実験３

図 4 水分量と破断に要した力の関係（１）方法
板きなこ A と板きなこ B で、きなこの見かけ密度が異なることが分かりました。密度が異なったのは、完

３．実験２成した板きなこにもすき間が残っていて、その量が異（１）方法なったからだと考えられます。私は、板きなこにすき

実験 1 で、「きなこの粒度のばらつきを抑えると、抑間が残ったのは、乾燥中にきなこ粒が近づこうとするえなかったものより粒の間のすき間が減り、板きなこのが摩擦に阻害されたからだと考えました。そう考えがさらに硬くなる」という仮説は成り立つことが分かたのは、板の乾燥中、水分量 21%の段階までは表面がりました。したがって、板内のきなこの見かけ密度も平らですが、水分量がそれ以下になると、図 5 のよう板きなこ A の方が高かったはずだと考え、板の乾燥終に板の縁がせり上がってくるように見えたからです。

了時のきなこの見かけ密度（水やすき間を除いたきな
このみの密度）を 2 系統で水分量ごとに計算しました。
計算式は次のとおりです。
図 5 板きなこの断面図

きなこの見かけ＝密度（g/㎤）

板内のきなこの質量（g）

本当に縁がせり上がっているか確かめるために、板板全体の体積（㎤）

きなこ A と B で、水分量 21%と 7～8%の板の縁と中央板内のきなこの質量は、板 1 枚を作るのに使った生の厚みをマイクロメーターで地の質量から計算しました。板きなこの体積は、どの測定しました。測定点は、図

水分量でも 7～9 枚の板の測定結果の平均値です。

6 のとおり縁の 8 点と中央の1 点です。実験は各系統、水分量ごとに 12 枚の板で行い、縁（２）結果の 8 点の測定結果の平均をそ

きなこの見かけ密度を表 4、5 に示します。どちらのの板の縁の厚みとしました。
- 63 -

図 6 厚みの測定点

うちに粒同士が接触し始めます（図 9、
（上）
）
。そのた

（２）結果
マイクロメーターによる板の厚みの測定結果を図 7、め早い段階で粒が近づくのが抗力により阻害されます。

8 に示します。水分量が 21%のときは縁のせり上がり

しかし、板きなこ A は、粒の間に粒がうまくはまりやは発生していませんでした。板きなこ A では縁と中央

すく、粒同士が接触するのは板きなこ B よりすき間がの厚みに有意差がなく、板きなこ B では中央の方が厚減った後になります（図 9、（下））。そのため、すき間かったです。しかし、どちらの系統でも水分量が 7、8%が板きなこ B より少なくなったと考えられます。

まで減ると、縁のせり上がりが発生しました。板きな
引力は約 0.3mm 厚くなっていました。

抗力

5.5

5.5

5.0

5.0

厚み(mm)

厚み(mm)こ A では、縁が中央と比べて約 0.4mm、板きなこ B で

4.5

4.0

（b）
4.5

4.0
縁

中央

縁

（a）

中央

（b ）

図 7 板きなこ A。（a）水分量 21%と（b）水分量 7%（上）5.5
厚み(mm)

厚み(mm)

5.5

5.0

4.5

4.0

5.0

4.5

4.0
縁

（a）

中央

縁

中央

（b）

図 8 板きなこ B。
（a）水分量 21%と（b）水分量 8%

（下）

５．考察

図 9 板内で働く引力と抗力の関係。（上）板きなこ B

板きなこ A が板きなこ B より硬くなったのは、板き（下）板きなこ A

なこ A の方がすき間が少なかったからだと考えられます。どちらの系統の板も、乾燥するとすき間を埋める
水分子が蒸発し、水分子の間で働く引力ですき間の周

また、粒同士の摩擦で粒が近づくのが阻害されるこりの粒が近づきます。そうして粒同士が接触し、接触との根拠として、乾燥中の板の縁のせり上がりが発見面が増えるにつれ硬くなると考えられます。しかし、されました。その仕組みを図 10 で説明します。板きな

粒が近づくのを阻害する力が生まれると、板はすき間

こは縁から乾燥していきます。そのため、一番縁の列を残したまま乾燥を終えます。板きなこ B は、粒の間に並んだきなこ粒の方が 2 列目のきなこ粒より早く縮に粒がうまくはまりづらく、すき間があまり減らない

もうとします。そのとき、まだ縮んでいない 2 列目と- 64 -

の間に摩擦が生まれるため、1 列目は縮みにくくなり、すき間を残したまま乾燥が進んで位置が固定されます。
次に 2 列目が 3 列目との間で摩擦を起こしながら縮みます。ただし、1 列目よりは大きく縮みます。それは、乾燥のペースが 1 列目より遅くなるため、位置が固定されるのも遅いからです。
3 列目以降も同じことが繰り返された結果、縁のせり上がりができたと考えられま
す。

列：1

2

3

列：1

2

3

図 10 縁のせり上がりの仕組み。
（a）1 列目と 2 列目の間に摩擦が発生した様子と、（b）2 列目と 3 列目の間に摩擦が発生した様子

６．まとめと今後の展望
この研究で、板きなこ A は板きなこ B より硬くなることが分かりました。また、板きなこの縁のせり上がりにより、きなこ粒同士が摩擦を起こすためすき間が残ることが示唆されました。課題は、板きなこ A の方が、きなこの見かけ密度は高かったが、差がわずかで、誤差の範囲内かもしれないことです。見かけ密度について、さらに詳しく調べる必要があります。
この研究の最終目標は、おはぎにきなこをたっぷりつけ、崩れるのを心配せずに食べることです。目標に向け、去年課題になっていたことは、板きなこはおはぎにつけて食べるには硬すぎることでした。今後、水分量やきなこの粒度を調整して板の形を保ちつつすき
間を増やすことができたら、食べやすい硬さでかつ崩れにくいきなこができるのではないかと思います。

謝辞
研究を進めるにあたり、三重大学教育学部の國仲寛
人先生にご指導いただきました。また、三重ジュニア
ドクター育成塾の先生方にもご協力いただきました。
お世話になった皆様に、感謝いたします。

- 65 -

ゼブラフィッシュの月齢や種類における行動変化について－ゼブラフィッシュの行動解析－
近藤平
桑名市立陵成中学校 ２年
Taira Kondo
要旨
この研究は縦 3 列に並べた透明な水槽の中に、上から順番に 1:1:3 になるようにゼブラフィッシュを分けて水槽に入れ、真ん中の水槽に入れたゼブラフィッシュの行動を調べる実験である。真ん中の水槽で留まった時間と場所を Tracking というソフトを使い計測しその結果を視覚的に分かりやすくするためにヒートマップにまとめました。計測するゼブラフィッシュについて、月齢が違うものを用意し、おとりのゼブラフィッシュの種類を違うものを用意して行動に違いが出るのかを調べた。
キーワード:ヒートマップ,行動解析,アルビノ

１． はじめに
３．実験（実験方法）

私は昨年や一昨年での研究ではゼブラフィッシュを用いて、画像解析と行動解析を行いました。ゼブラフ

実験の内容は、縦 3 列に並べられた水槽に上から順ィッシュは人間のゲノムに似ており、26,000 のタンパに 1:1:3 でゼブラフィッシュを水槽の中に入れ、真ん中

ク質遺伝子の約 70 パーセントが人間のもつ遺伝子との水槽のゼブラフィッシュが留まった時間と場所を類似しています。そのため、ガン治療などの研究に使Tracking を使用して計測しました。去年の研究ではわれています。昨年や一昨年の研究に使用したゼブラ

Tracking という機能を用いて、移動距離を計測しましフィッシュはアルビノ種です。一般的なゼブラフィッ

たが、今年は Tracking に加え、R という統計用のプロ

シュは縞模様のある魚ですが、アルビノ種は縞模様がグラミングソフトを使ってヒートマップを作成します。

ありません。また、色は全体的に白です。この研究ではまた、パターンを２つに分けてみました。一つ目はゼブラフィッシュの特徴をより理解を深めようと思い

月齢比較です。計測用のゼブラフィッシュの月齢が異ました。また、新しい計測方法を学び解析したいと思なるものを用意し、違いを比較します。二つ目は種類いました。そこで、西村教授から新しい計測方法を教比較です。おとり用のゼブラフィッシュをアルビノとえていただき、それを用いた研究を行いました。

しまありの２種類用意し、違いを比較します。
またヒートマップについて説明します。ヒートマッ
プは数値が高ければ高いほど、暖色系の色になっていくもので、視覚的にとても分かりやすいのでこの方法にしました。

図 1 アルビノ(左)としまあり(右)の比較

２．実験（動機と仮説）（１）実験動物

去年の実験では PFOA(フッ素化合物)を使用したゼ

パターン１（月齢比較）

ブラフィッシュの行動の解析をしました。この時移動・計測用アルビノ 3 か月齢

6匹した後を可視化し、PFOA を使用していない、ゼブラフ

・計測用アルビノ 10 か月齢

3匹

ィッシュとの行動を比較しました。

・おとり用アルビノ 3 か月齢

4匹

この実験からゼブラフィッシュの行動解析を行った

パターン２(種類比較)のですが、様々な実験を通していくうえで、ゼブラフ

・計測用アルビノ 3 か月齢

3匹

ィッシュが同種に対する行動が気になったので、この・おとり用アルビノ 3 か月齢

4匹

実験を行いました。この実験によりゼブラフィッシュ

・おとり用しまあり 3 か月齢

4匹の行動をもとに、人間にもその行動が応用できると考えたからです。そのため、違う月齢やしまありのゼブ
ラフィッシュの違いを比較しようと思いました。
- 66 -

ゼブラフィッシュの月齢や種類における行動変化について（２）実験方法①ゼブラフィッシュを 3 つに分けた水槽の中に上から順におとり用 3 匹、計測用 1 匹、おとり用 1匹入れる。
②真ん中の水槽のゼブラフィッシュをスマートフォ
ンで 5 分間撮影。
③Tracking を使用して移動距離の計測。
④Rstadio を使用してヒートマップを作成する。
(具体的な分け方は図 2 に記載)
図 3 アルビノ 3 か月齢のヒートマップ

図 4 はパターン１のアルビノの 10 か月齢のゼブラ
フィッシュの結果です。図 3 の結果とは対照的に 1 匹
側の角に集中しました。また全体的に隅の方を移動しており、計測した結果の中で一番渕以外を泳いでいる
時間が短かったです。

200

density
6e−05

y0

4e−05
2e−05
100

0
0

100

200

x0

図 4 アルビノ 10 か月齢のヒートマップ

続いて、パターン２（種類比較）の実験結果です。図5 はおとりがアルビノ 3 か月齢、図 6 はおとりがしま
あり 3 か月齢の結果です。
おとりがアルビノ 3 か月齢は 1 匹のおとり側の方に

図 2 実験中でのエリアごとの分け方

集中していましたが、おとりがしまあり 3 か月齢は 3匹のおとり側に集中していました。

４.実験（実験結果）
まずはパターン１（月齢比較）の実験結果です。図3 はアルビノ 3 か月齢の結果です。ヒートマップから読み取れることは、1 匹側と 3 匹側の方に多く偏っていて、水槽のふちに沿って移動しているように読み取れます。1 匹側の角はかなり色が赤くなっています。
また中央の方は全体的にゼブラフィッシュがとどまっていませんでした- 67 -

Taira Kondo

・計測用のアルビノ 10 ヶ月について、おとりがし
まなしは、おとりがいる方の壁側にあまりいない
・計測用のどのゼブラフィッシュも壁側にいるこ
とが多い。

200

density
4e−05

（２）所感
今回の研究を行ったことにより生物を実験に使うときの大変さを改めて感じることができた。
具体的には撮影時にゼブラフィッシュになるべく外的要因がかかわらないように工夫がされていました。ゼブラフィッシュを実験用の水槽に移す時も、
ゼブラフィッシュが地面に落ちてしまわないように手で押さえるなどの様々な工夫を知ることができた。
また行動解析の使用したことない結果の表し方などを教わり、今まで私が行ってこなかったこともたくさんすることができました。
また今回のヒートマップ作成時に Rstudio というソフトを使用したのですが、そのソフト使用方法を
八十島さんにとても分かりやすく解説していただきました。私自身が関与できないところもあり、ゼブ
ラフィッシュを日頃飼育している人たちの力を頂かないと今回の実験をすることもできなかったので、今回の実験に関与してくれた方々に深く感謝をしています。
最後は、実験を進めていく上でゼブラフィッシュを使用したので、生物に対する配慮をわすれてはならないと感じました。
繰り返しになりますが今回実験でご指導をして

y0

3e−05
2e−05
1e−05
100

0
0

100

200

x0

図 5 おとりアルビノ 3 か月齢のヒートマップ

200

density
4e−05

y0

3e−05
2e−05
1e−05
100

0
0

100

200

x0

図 6 おとりしまあり 3 か月齢のヒートマップ

５．実験（考察）パターン 1 の図 3 と図 4 を比較すると、アルビノ
10 か月齢のゼブラフィッシュでの実験結果が 3 か月
齢のほかの実験結果よりも角に集中したため、月齢によりおとりに対する行動に差があると考えます。
パターン２の図 5 と図 6 を比較すると、種類の違いでも結果は異なるように見られます。しかし、パ
ターン１の図 3 とパターン２の図 5 は同じ種類（アルビノ種）と同じ月齢（3 か月齢）を使った実験でしたが、結果が少し変わっていて、実験を行った日が違っているため、多少個体差がかかわってきそうだと思いました。
またどの実験にしても計測用のゼブラフィッシュ
は壁側にいることが多いことがわかりました。

いただいた西村教授や、八十島さんに心から感
謝します。
参考文献
集団運動・動物行動の解析ソフトウェアの開発―個体追跡フレームワーク UMATracker―
https://www.ipa.go.jp/files/000052822.pdf-データ分析ソフト Rstudiohttps://www.jmp.com/ja_jp/offers/statistical-analysissoftware.html?utm_source=yahoo&utm_medium=cpc&utm_cam
paign=(JMP)+Japan+-+JPN+-+Search+-+NB++Competitors&utm_term=rstudio&yclid=YSS.1000023693.EAI
aIQobChMIpe-ks72w_QIVjbCWCh1bAl9EAAYASAAEgKcn_D_BwE

６．まとめ（１）全体の考擦
今回の実験では以下のことがわかりました。
・計測用のアルビノ 3 ヶ月について、おとりがア
ルビノは、おとりがいる方の壁側にいることが多い。
・計測用のアルビノ 3 ヶ月について、おとりがし
まありと、おとりがアルビノでは対照的な結果となった。

- 68 -

2022 年度第二段階プログラム指導教員
受講年
１年目

２年目

３年目

名前

指導教員

東谷

直

東谷

唯

教育学部・後藤太一郎
教育学部・平山大輔

菊池美歩

教育学部・磯部由香

田中友翔

教育学部・平山大輔

川嶋春輝

生物資源学研究科・三島佐藤瑛斗

教育学部・國仲寛人

坂東陸佳

教育学部・市川俊輔

石倉成実

教育学部・後藤太一郎

大谷航輝

教育学部・國仲寛人

前田千依里

伊賀研究拠点・紀平征希

隆

近藤

光

工学研究科・藤原裕司

中村永

工学研究科・藤原裕司

大須賀

希子

織田

悠輔

県立飯野高校・小林悠介

下地崇貴

教育学部・伊藤信成

辻本憲史

工学研究科・藤原裕司

柴田琉花

工学研究科・藤原裕司

寺地優太

教育学部・後藤太一郎

町田明駿

教育学部・國仲寛人

近藤平

医学研究科・西村有平

生物資源学研究科・堤＊大三

論文指導なし2023 年３月

発行

三重ジュニアドクターレポート 第４号
発行

国立大学法人三重大学
地域理数教育推進室
津市栗真町屋町 1577
TEL/FAX059-231-9949
E メール
mie-cst@ab.mie-u.ac.jp
URL https://jr-doc.pj.mie-u.ac.jp/