力 Power

昔上水道が無かった時、農耕灌漑用に井戸を掘って水を得る技術が発明され、人類は水辺を離れ、さらには丘の上に住むようになりました。2、300年以来手動の梃子による空気ポンプを発明し、水の取得はより便利になりました。手動梃子による水のくみ上げポンプの構造は巧妙で、抽水能力はたいへん高く、電力による抽水ポンプが普及するまでは台湾の農村で最も広く使われていた排水と灌漑の道具でした。

ビリーの銃は「圧力ポンプ」の原理を利用して、梃子の上下の動きを加えてピストンを引く力で井戸水や低いところにある水をくみ上げて、下に押したときに銃口から水が噴き出ます。

アーチ橋は力学の「形状抵抗原理」を応用して建設されています。アーチ形自体が持つ押し上げる力で橋面上野車両や歩行者の重力を支えると同時に美観も具えます。しかし石造アーチ橋は正確な計算によって石材間を接合して上述の押上げ力をつくらなければなりません。計算を誤ると荷重を支えられないだけではなく、橋が解体してしまいます

歴史に残る最も早いアーチ橋は中国人が建てた「蘇州橋」です。橋台の間のアーチ形構造で重量を支えます。アーチが力を受けた時、アーチは下向きの垂直重力をアーチ橋の弧によって水平の圧力に分解します。このようにして橋梁の侍従と荷重を確保します。下の層の石の耐圧力でアーチ形構造に耐えています。土製の窯、アーチ門などがこの応用です。

傾いた建物に入ると屋内の水平が変わっているのに重力の方向が変わっていないことに気が付きます。ですから体のバランスを取って適応することが難しくなります。さらに密閉された傾いた建物の中からは外の様子が見えず、建物が傾いているかそうでないかを判断できないため、体が室内環境になじめず、自然に揺れ、不安定になります。

つるべは古代、井戸から水をくむための道具です。滑車の原理を応用して井戸から水をくみ上げます。皆さん亞もこの原理を試してみてください。簡単に大人を引っ張り上げることができるでしょう。

春秋戦国時代、秤はすでに広く使われていました。秤は通常市場で取引をする時に重さを量るために使われていました。曹沖は曹操の一番下の息子で、子どもの頃から智慧がありました。『曹沖が象を量る』というのは民間に広く伝わっている歴史の物語です。

浮力の応用： 浮力の応用は非常に幅広く、船舶や潜水艇などがあります。中でも潜水艇は船内の水を排出して重量と体積比を変更して上昇下降を制御します。

◎ 知っていますか。船の「喫水」で船倉の状況が判断できるんですよ。

考えてみましょう :「喫水が高いほど」船倉は空きが多いですか。それとも満載していますか?!

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ベルヌーイの定理：動力＋圧力＝一定値。液体の流れる速さが弱まる時、圧力は増加します。ベルヌーイの定理は簡単に言うと「流体の流れる速さが速いほど圧力は小さくなる」ということです。

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ベルヌーイの定理は流体の流れる速度が速いほどそこの圧力が小さくなるということを説明しています。流れる速さが速い時、気流中の圧力は周囲の圧力よりも低いので、その気流が流れる方向へ物体を引き寄せる移動の力を形作ります。

◎カオス理論(Chaos Theory)

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カオス理論は1970年代後半に起こったモデルです。カオスの定義である「混沌」とは乱雑を指し、不規則でランダムな変化の現象を指します。実際の状況が不明であり、予測ができない現象です。その基本理念は自然と社会系統にランダム性、ノンリニア性、無秩序性と不確定性を含んでおり、一定の規則で完全に予測や制御することが難しく、従来のニュートン式モデルと異なります。

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カオススイングで連なる振り子が見せる予測できない運動は、リニア理論との違いであることがこれによって分かります。数千年前、人類はすでに自然界のカオス現象を発見していました。しかし近代文明は数値化、機械式の基準で世界を考えていました。これは制服と制御を意図したもので心の中の不確定感を取り除くものです。「すべてはこの手の中」という観念を強く人々の心に植え付け、すでに現代人の行為の一部になっています。30年前、科学者が初めてカオス理論を提出した時「制御」とは只の幻覚であり、大自然の混沌としたシステムは人類の予測と制御の範囲をはるかに超えるものだということを示したのです。私たちは晴明の不確定性に抵抗する必要は無く、かえってカオスと共存すべきであり、私たちに大自然の制御者ではなく、創造性に満ちた参加者という別の生活を送る機会を提供しています。

物体が液体中で軽くなる重量（受ける浮力）はその物体によって排出された液体の重量に等しいという関係をアルキメデスの原理または浮力の原理といいます。沈んだものでも浮いている者でも物体が液体内で受けている浮力＝物体によって排出された液体の重量です。

双錐体は重力に従って下へ向かう原則（引力）に違反していません。構造による錯覚です。注解:一般の円柱体は上から下へ転がりますが、双錐体はこの坂を上へあがります。双錐体は対称構造なので重心が中心点にあります。双錐体は重心の違いと形状の違いを利用して双錐体に坂を上らせる動きをさせますが、円柱体は普通に坂を下に転がります。

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2本の木の棒をV字に約45度開いて双錐体と円柱の上に置き、両者の斜面での動きと違いを観察します。

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形の関係で双錐体がこの坂道を低い所から高い所へと昇っていきます。しかしよく見ると双錐体の中心は高い所から低い所へと下りていて、物理の原理に背いていません。

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反重力マジック効果です。

皆さん、遠心力って何でしょうか。私たちの生活とどんな関係があるのでしょうか。遠心力は物体の円周運動によって生じる向心力の反作用力です。物体が速く円運動をする時に外へと向かう力が生じます。この力が遠心力です。ですから遠心力は円周運動とも言えます。遠心力は2つの条件で発生します。それは物体の慣性運動力と中心の拘束力が混ざり合って一緒に生じるものです。中心拘束力を離れた物質が中心から離れていきます。

洗濯機の脱水双は遠心力を利用しています。ですから洗濯機が回っている時、衣服の水滴は遠心力の影響で服から離れていきます。

ええっ!蛇口の後ろにホースが無いのに水が流れ続けています。不思議なドン・キホーテの天上水にはどんな秘密が隠されているのでしょうか。

暮らしの周りにはいたる所に水があります。生活の経験から水は高い所から低い所へと流れることを知っています。毛細管現象やサイホン現象によって小さな水滴をその他のところへ移動させます。ドン・キホーテの天上水は機械の力で水を透明な管でくみ上げて管の外側から流しています。そこで、水道管が無いのに蛇口から水が出ているように錯覚してしまうのです！

宇宙の2つの物体は相互に引き付け合う力があります。それを「万有引力」と呼びます。地球上の「万有引力」は「地球の引力」と呼び、物体が受ける地球の引力の大きさは一般に言うところの「重量」です。引力の大きさは2つの物体の間の距離の平方に反比例します。

先に杓子でボールを竹筒の中に入れてから竹筒につながるハンドルを回してリレーの要領でボールを向かいのバスケットボールのリングまで運びます。音楽が鳴ったら、おめでとう！成功です。