Physics

雨の降ってくる速度はどれくらい？

　車を運転しているときにスコールのような雨に遭うと、いくらワイパーを使っても前が本当に見えなくなることがあります。
　その雨と言ったら、量も凄まじく、粒の大きさも大きく、窓にたたきつけるスピードも並大抵ではありません。
　このようなドシャ降りの雨の直径は5mmで、スピードは時速32.6kmにもなります。
　雨の速度は雨粒の大きさによって違い、大きいほど速くなります。(空気抵抗の影響が小さくなる為)
　直径0.4mmの小雨ならば時速5.8km程度、直径0.8mmの並の雨であれば時速11.8km程度です。
　雨の速度は、雨がどれくらいの高さから落ちてくるかによりますが、冬なら地上約2000m、夏なら地上約5000mから落下してきます。
　夏に雷とともに降ってくるドシャ降りが、一番高い所から落ちてくるというわけです。

乾電池の電気代は？

　我々の生活に密着し、必要不可欠な乾電池。
　その乾電池の値段は知っていても、電気代を知っている人は少ないのではないでしょうか。
　電気代を表すときはの単位は１キロワット時(1kWh)で表して、１時間に１キロワット分電気を使った時の値段を言います。
　ちなみに、家庭用の電気代はおよそ30円です。
　ところが乾電池の場合は、一番大きい単一形の乾電池での電気量は0.015kWh程度で150円程度で売っていますね。
　これを１キロワット時(kWh)に直すと、何と約１００００円にもなるのです！
　これは家庭用の３３０倍にもなるのですが、文句を言う人は誰もいないのはそれだけ重宝しているということなのでしょうか。

海底の圧力ってどれくらい？

　大気の圧力は地表で１気圧、つまり１平方センチメートルあたり１kgになります。
　海底では当然ながら深さで圧力が違ってきますが、太平洋の最深部(マリアナ海溝のチャレンジャー海淵など)のように、10,000mもの深さではざっとこの1000倍、つまり1000kg/平方センチ位になります。
　水深1000mになると圧力は約１００気圧になり、木片にこれだけの圧力がかかれば体積は半分になってしまいます。
　水深7000mよりも深い所では、空気も圧縮されて高密度となり、水よりも比重が大きくなって浮き上がる事も出来なくなってしまいます。
　もしかしたら沈んだ空気で地底王国があるかもしれませんね。

アルキメデス　金の偽物を見破る

　有名な物語ですが、今でも「アルキメデスの原理」で知られるほど有名なので、ここで取り上げたいと思います。
　今から二千年以上も前のことです。
　ギリシャにある小さな国の王は、「すばらしい金のかんむりを作ろう」と思い職人に金の固まりを渡して作らせることにしました。
　月日は流れ、とても素晴らしい金のかんむりができあがりました。
　しかし、良からぬ噂が王の耳に入ってきました。
　職人が金に銀を混ぜて、混ぜた重さ分の金をくすねたというのです。
　しかし王が渡した金のかたまりの重さと出来上がったかんむりの重さは同じでした。
　王はアルキメデスを呼び、事実を調べるよう依頼しました。
　アルキメデスはなかなかこの事実を見破るアイディアが思いつかず苦慮しました。
　ある日、お湯がいっぱい入った風呂に入ったとたん、お湯があふれ出たのを見て思いつきました。
　一体何が分かったのでしょうか。
　アルキメデスはいっぱいに水を入れた容器に金のかんむりを沈めました。
　そして正確にあふれ出た水の体積をはかりました。
　このあふれ出た水の体積はかんむりの体積になるわけです。
　同じ方法で王が渡した金と同じ重さの純金を水に沈め、あふれ出た水の体積をはかりました。
　ところが同じ重さの金の固まりにも関わらず、あふれ出た水の体積は違いました。
　そうです、かんむりには銀を混ぜて目方をごまかしていたのです。
　なぜなら、同じ重さでは金よりも銀の方が体積は大きいのです。
　ですから同じ重さでも銀が入っていると体積は大きくなってしまうのです。
　こうしてアルキメデスは職人のごまかしを見破ったのでした。

放射能？　被爆？

　世間では放射能は有害物質・・・・らしけど、その実体とは何なのでしょうね。
　放射能は1896年フランスのベクレルがウランから放出される不思議な放射に気がつき、それをキュリー夫人が放射能と命名したのが始まり。
　でも、そんな物騒なモノをいじくり回したのが原因で命を落とし、それを祟ってか放射能の強さの単位をキュリーと言いますね。
　ちなみにレントゲンという単位は人間が吸収する放射線量。(放射能というのは放射線を放出する性質、放射線は放射される物質)
　ある種の不安定な元素は、常に何かを放出してより安定した元素になろうとします。
　そして放出される物質は３種類に別れていて、まずはα線(ヘリウム原子核)、β線(電子)、γ線(電磁波)です。
　放射性物質は常にこのようなモノを放出し続けて、いつかはその放射量が半分になるわけで、それまでに掛かる時間(半減期)が物質によってまちまちです。
　短いもので0.002秒から、長いもので20京年というとんでもないものまで存在します。
　原爆や水爆が破裂して出来る、いわゆる死の灰には悪玉としてストロンチウム９０が含まれていて、半減期は28年。
　原子炉の副産物として出来る猛毒のプルトニウム２３９では24400年、同じようにウラン核分裂で生成されるセシウム１３７という染色体異常の元凶は半減期は３５年ですね。
　何だか体に悪いことを話し続けているようですが、こういった物質はもう我々の生活に密にしみこんでいるのです。
　ちなみにあなたはすでにこのホームページで、理科の雑学という放射能を浴びているのかも・・・・。

6700mからの奇跡の生還

　次の話は高度５０００ｍから落下し、運良く助かった人がテレビで語っていたものです。
　「飛行機がやられて火を吹き、パラシュートを取りに行くとパラシュートは燃えていた。私の顔にも火がつき、ここで死ぬなら飛び降りて即死しようと思った。飛び降りて下を見ると森が見えた。私が落ちた所は森の枝が茂っていて下には雪があった。気がつくと星が見え、体中にとげが刺さっていた。でも私は生きていた。」
　ギネスブックによると、今まで人類の歴史でもっとも高いところから落下し、生存した記録はなんと６７００ｍからの落下であったという。
　６７００ｍの上空で空中分解した飛行機からパラシュートなしで飛び降りて奇跡の生還をした人は、落ちたところが雪に覆われた渓谷の斜面で、そのまま谷底まで滑り落ち、骨盤を折り、背骨に重傷を負ったとの事である。
　どうしてそんなに高いところから落下して生きていられたのかというのが疑問ですね。
　その答えの一つには、落下地点が幸運にもクッションの役目をする場所であったということです。
　だから、叩きつけられずに済みました。
　逆にこれが水であったら間違えなく助かりません。
　そしてもう一つの答えは、人間は最大でも３００ｋｍ／時までしかスピードが出ないということです。
　これはロケットのようにまっすぐ落ちた場合で、スカイダイビングのような横の格好では１９０ｋｍ／時前後にまでなります。
　これは空気抵抗によるもので、もし空気抵抗が無かったら、６７００ｍから落下したとすると地表には何とマッハ１（時速１１４０ｋｍ）近くにもなります。
　ですから、人間は５７３ｍより高い所からの落下はどんなに高くても地面に着いたときの速さは変わらないのです。
　それでもやっぱりパラシュート無しでのダイブはやりたくないものですね。

殺人ビーム？

　テレビや映画でレーザービームで敵を攻撃しているシーンを見たことがありますね。
　ドラゴンボールの「かめはめ波」も、スト�Uの「波動拳」もその一種なのでしょうか。
　さて、この良くみるレーザー光線ですが、一体何の事なんでしょう。
　いきなり答えを言ってしまえば、光を究極に束ねた一本の光なのです。
　原理は違いますが、みなさんも虫眼鏡で太陽の光を束ねて紙を焦がした事があるのではないでしょうか。
　レーザーも同様に、一本に束ねられた光なので、地球上で最も硬いと言われるダイヤモンドですら、いともたやすく穴を開けてしまいます。
　このような強力な光なので、殺人光線にもなりうると誰もが思っているようです。
　ところが、このレーザーは水に大変弱いのです。
　人間の体の９０％以上が水で出来ているので、レーザーが当たっても全くの無害です。
　このレーザーは、電気製品やＣＤプレーヤー、医療機器など幅広く使われ、人を殺すどころか大いに役立っています。
　一本の光に絞れるので、海底通信ケーブルにも使われ、何千キロも向こうまで光を届かせています。
　病院ではレーザーメスというものがあり、手術の時に役立っています。
　レーザーメスを使うと、切りたいところの表面のみを切ることが出来、切り口を瞬間的に焼き切っているので、出血もしません。
　最近では近視を直すために、眼球にレーザーを当てて表面の細胞を焼くことなども出来るようになりました。
　注：
　レーザーには多数の周波数帯があり、上記についてはあくまでも一般的な性質です。
　波長によっては上記と性質が異なる場合があり、それを利用して製品化しているものもあります。
　＊ダイアモンドやガラスの加工には紫外線領域のレーザーを使用します。
　＊出力が大きく、水に作用する周波数帯であれば生物にとっては殺傷力があります。
　＊レーザーポインターなどを目に直接当てると失明する可能性が大きいので危険です。

物は何で出来てる？

　我々の周りにある「物」は一体何で出来ているのでしょう。
　うーん、まず木とかコンクリートとか金属とかゴムと答える人もいるかな？
　じゃあ、もっと細かくすると？
　木はセルロースという有機高分子で、コンクリートは硫酸ナトリウムなどの無機物質で、金属は鉄や銅など、ゴムは有機合成高分子であるブタジエンの重合したものでできています。
　さらにもっと細かく！
　今上げた「有機」というものは主に炭素、水素、酸素、窒素から成り立っていて、「無機」や「金属」はそれ以外の元素から出来ているのだ。
　ちなみにこの元素は、今現在１１０種類ほど発見されている。（教科書には１０３個しか載っていない）
　もっともっと細かくして見るとどうか。
　これら全ての元素は原子から成り立っている。（大きさはもう0.1nm(ナノメートル：1cmの１万分の１のそのまた１万分の１)）
　この原子は言ってみればこの太陽系に例える事が出来るぞ。
　原子は原子核（太陽）と電子（惑星）から成り立っていて、電子は原子核の周りをすごいスピードでグルグル回っている。
　そして、この原子核はいくつかの粒子で出来ているのだ。（ここで大きさはさらに原子の１０万分の１になる）
　この原子核の中には陽子、中性子が入っていて、この数によって元素の種類が決まる。
　ここまでは、中学や高校の化学で習う。
　では、なぜこのトピックがこの「物理系」にあるかというと、この先を扱うのは物理なのだ。

　さて、ここからは高校物理、大学の範囲なので、頭が混乱した人はここでやめておいた方がいいかも。
　いわゆる素粒子論というものになるのだけど、これら陽子、中性子、電子などをひっくるめて「素粒子」という。
　この素粒子の種類はナント今発見されている物だけで、１００種類を越え、大きく次の３つに分けられます。
　　バリオン（重粒子と言われ、陽子や中性子など）
　　メソン（中間子と言われ、π中間子など）
　　レプトン（軽粒子と呼ばれ、電子など）
　これはあくまでも分類名に過ぎません。
　また、これら素粒子の一部には反粒子と呼ばれるものが存在し、質量が同じで電荷が反対の物があります。
　そして、このバリオンやメソンなどはいずれも、クォークと呼ばれる基本粒子から出来ていると考えられています。
　バリオンは３つのクォークから、メソンは１つのクォークとその反粒子から出来ています。
　今の科学技術ではここまで解明されました。
　大分混乱してきたので、まとめのチャートを書いておきます。（フルスクリーンで見て下さい。）

物−＞　木　　　　　　−＞有機物質　　　　−＞炭素,水素,酸素,窒素 　−＞元素

　　　　コンクリート　−＞無機物質　　　　−＞上記以外の元素　　　　−＞元素

　　　　鉄・銅　　　　−＞金属　　　　　　−＞金属元素　　　　　　　−＞元素

　　　　ゴム　　　　　−＞有機合成高分子　−＞炭素,水素,酸素,窒素 　−＞元素



元素−＞原子　−＞原子核　−＞陽子・中性子　−＞素粒子	−＞バリオン,メソン,レプトン

　　　　　　　−＞電子



バリオン　−＞３つのクォーク

メソン　　−＞１つのクォークと反粒子

レプトン　−＞電子など

　以上でしょうか。
　難しすぎてごめんなさいね。

はて、光ってなんだっけ？

　光を知らない人はいないだろう。
　でも、光って何で出来ているのかを知っている人は本当に少ない。
　結論から言ってしまえば、光は電磁波の一種に考えられ、粒子であり、波である。
　その速度はというと、電波や電子と同じ秒速３０万ｋｍだ。（１秒間に地球を７周半する！）
　光はエネルギーを持った素粒子（光子又は光量子という）で、それが電波と同じように波になって突っ走る。
　光と言ってもいろいろな色がある。
　何で、色があるのだろう。
　それは、その光の波の幅の度合いによって異なり、幅が狭いほど紫色に近づき、広いほど赤色に近づく。
　学校では光よりも速い物は無いと教わるはずだ。
　なぜだろう。
　誰でも物を加速させて、リニアモーターカーのようにどんどんスピードを上げる事が出来る。
　実際、先進国には巨大な実験施設があり、素粒子（陽子や中性子）を光の速さ近くまで加速させることができる。
　でも、絶対に光の速さには出来ない。
　素粒子を加速させていくと、どんどん重くなり、無限のエネルギーを加えなければ光速と同じにはなりません。
　でも、光は質量がゼロなのです。
　だから、無限のエネルギーを加えなくても光速が出せるのです。
　うーん、不思議。
　最近になって、宇宙から届く不思議な素粒子が見つかりました。
　名前はタキオン君といい、光よりもちょっとだけ速いのです。
　でも、まだ正式に確認されていないので、将来はっきりとするでしょう。
　これを利用すれば、光速ロケットも考えられないことはありませんね。

原子力だぁ！

　原子力を「はらこちから」と人名と間違える人はまさかいないだろう。
　さて、この原子力だが今や人類にとって決して欠かせないエネルギー取得の方法の一つであるのは５歳の子供でも知っているでしょう。
　でも世の中いいことばかりではありません。
　そう、危ないのです。
　スリーマイル島（アメリカ）やチェルノブイリ原発（旧ソ連）事故もさることながら、日本でも近年は事故が多発していますね。
　もし最悪の事態に陥った場合、大規模な爆発を起こし、強度の放射能が国単位の大きさで降り注ぎます。
　私も中学２年生の時にチェルノブイリ原発が大事故を起こし、何千キロも離れたこの日本にまで放射能の雨が降りました。
　「傘をささずに歩くとハゲる」といわれ、食料品も規制されました。
　旧ソ連では大量の市民が放射能による障害で（白血病やガンなど）亡くなり、それはそれは悲惨でした。
　さて、歴史はここら辺にしておいて、原理を説明いたしましょう。
　原子力発電というのは、いわゆるウランやプルトニウムなどの放射性物質を使って核分裂をさせ、大量に発生した熱を使って発電するというものです。
　まず、核分裂というものは何でしょうか。
　ウランやプルトニウムなどの不安定な元素は放射能を出して、核（陽子や中性子のかたまり）が分裂していき、別の物質に変化します。
　この時、一部の質量がエネルギーとして変換され、超大量の熱が生じます。
　これをコントロールすれば原子力発電ですが、無尽蔵にエネルギーを解放させたら原子爆弾となるわけです。
　つまり、原子力発電でコントロールを失うと、巨大な原子爆弾となってしまうわけです。
　さて、この時に使われるウランやプルトニウムですが、全部が全部使用できるわけではありません。
　ウランにはウラン２３５とウラン２３８があり、核分裂を起こすのは前者のみです。
　自然界には全ウランの0.72％しか無いので、稀少です。
　プルトニウムも同様です。
　原子力発電はこのようにして核分裂を起こさせ、そこで発生した大量の熱で直接水を沸かして、その蒸気でタービンを回し、発電します。
　その熱はとてつもなく大きく、毎秒で何トンもの水を一気に数百度まで加熱します。
　その際のコントロールを誤ると、核分裂は暴走してしまい、この水も一瞬で全て蒸発してしまい爆発を起こしてしまいます。
　このあまりにも凄まじいエネルギーに耐えられる素材は少なく、その老朽化が原因でいつも事故を起こしています。
　はたして、本当に安全なエネルギーなのでしょうかね。
　関連トピック： 核で電気を？（特別研究:人間と環境）

うーん、重力って言われても・・・

　ニュートンが昔、りんごが木から落っこちるのを見て発見されたと言われる「重力」とは一体なんなのか。
　重力という言葉の定義を正してみると、「地球が地球上の物体に及ぼす万有引力をいう」となっている。
　はて、これでもよくわからないぞ。
　ではまず、万有引力についてから説明しましょう。
　すべての物体（メロンでも人間でも、岩でも、地球でも）はお互いに引き合う力（引力）を及ぼし会っています。
　これを万有引力と言い、質量のあるもの同士が近づきあえば、必ずお互い引っ張り合うのです。
　ただし、これは磁力とは違いますよ。
　もちろん、消しゴムと鉛筆くらいの重さ同士では引き合っているとは思えません。
　でも、地球と地球上の物体ならばどうでしょう。
　地球の重さは、６,０００,０００,０００Ｔｔ（テラ・トン）もあるので、当然引力を感じる事が出来ますね。
　通常万有引力と言えば、物質同士の引力を言い、重力と言えば地球と地球上の物質との引力の関係を言います。
　おまけですが、先ほどのＴはテラと読み、１兆を指します。
　その下のＧはギガと読み、１０億を差し、Ｍはメガと読み１００万を意味します。
　おまけその２として、太陽の質量はちなみに地球のさらに３３万倍以上あるのです。

熱い？、暑い？

　さて、熱のお話です。
　熱って何でしょうねえ。
　その答えは、分子の運動エネルギーなのです。
　分子？　それはこのページの「物は何で出来ているのでしょう」を読んで下さい。
　すべての物体は、分子または原子で出来ています。
　そして、この分子や原子は絶え間なく運動していながら形を保っています。
　たとえば水を考えてみましょう。
　水は冷たいとき（運動エネルギーが低いとき）は氷という固体になっていますね。
　それは水分子があまり大きく運動していないからです。
　ところが温度が少し高くなってくると、水になりますね。
　これは水分子が大きく運動するようになって、固体でいる形を保てなくなったからです。
　さらに、温度が高いと水蒸気になりますね。
　水分子が活発に運動して、水という液体でいられなくなり、気体になってしまたのです。

　では、炎はなんでしょう。
　ガスなどは酸素と結びついて燃えますね。
　この時、ガスは燃えて水や二酸化炭素に変化します。
　その時にエネルギーが発生して、熱エネルギーとして二酸化炭素や水の運動エネルギーに変換されるのです。
　その結果、あまりのエネルギーの大きさのために二酸化炭素や水自体が大きく運動して、光エネルギーも出します。
　その光エネルギーこそいつも見る「炎」だったのです。

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