カシオ学園 小学校 CASIO GAKUEN Elementary school

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広島大学附属高等学校 様

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SSH高校理科デジタルカメラ

ミルククラウンの研究

スーパーサイエンスハイスクール(SSH)指定校
広島大学附属高等学校

  • 研究部長(理科教諭)
  • 梶山耕成先生
  • 理科主任(理科教諭)
  • 佐々木康子先生
  • 広島大学附属高等学校3年(当時)
  • 野中雄太さん
    服部進太郎さん

導入機材


ミルククラウンの研究にハイスピードカメラを使い、広島大学附属高等学校 3年(当時)の野中さんと服部さんは、第54回広島県科学賞(物理部門)特選(広島県教育委員会賞)、日本学生科学賞入選2等と、輝かしい成績を残した。
彼らふたりの指導をした梶山先生に、お話をうかがった。

肉眼で観察できないからこそ

ミルククラウンの説明を野中さん、服部さんの論文のから抜粋すると「ある液体を一定の高さ以上から滴下し、液面に衝突させると王冠状の形を発生させ、やがて崩壊する現象。」である。
「しかし、あまりに早すぎる現象のため、肉眼で観察することはできない。」(論文より)
そこでハイスピードカメラの登場となった。梶山先生はこれまでも生徒の実験にデジタルカメラを使わせたことがあり、その威力はすでに認識していた。
「1/1000秒でなければ、現象をとらえることができないので、このカメラなしでは実験データの収集はできませんでした」(梶山先生)。

ミルククラウンの突起はどのようにして形成されるのか?

ミルククラウンは先行研究が多い。
「大変だろうとは思いましたが、彼らなりのどういうオリジナリティを出してくるか、興味を持ちました」と梶山先生。
まず、海外からも論文を取り寄せ、野中さん、服部さんと一緒に検討した。
「ミルククラウンの研究は数多くありますが、彼らと同じ着眼点のものがないか、ひとつずつ当たりました」。
どのような研究を行うことになったのか、論文を抜粋すると
「ミルククラウンの先行研究はいくつかあるが、これらの先行研究の中には、私たちが着目していたミルククラウンの先端の粒数、ミルククラウンの先端の突起数についての研究が少なく参考にできる資料がなかったため、自分たちで実験を行い検証することにした。」とある。

デジタルカメラあればこそ

実験のための装置を一室に備え付け「注射器(小)から滴下して液面に衝突する様子を撮影した。」(論文より)
手からの振動が伝わらないよう注射器を2つゴム管でつなぎ、ライトを2台使い光源を確保している。
液の粘度を変えて実験をするためショ糖溶液を使用(見やすくするため数滴の墨汁で着色)した。それぞれ濃度5%~30%の5%ごとに6種類、落下距離30cm~90cmの5種類、滴下面は溶液と紙の2種類、それらを全て組み合わせた実験を、溶液は5回ずつ、紙面上には10回ずつ行った。
昼休みや放課後を使い、少しずつ2~3か月にわたって撮影をした。撮影費用が抑えられるため、手軽に多くの動画を撮影できるのもデジタルカメラならではの強みだ。
撮影は計算上、450回となるが、実際の撮影回数は倍以上になった。一人が落とし、一人がシャッターを切る。このタイミングをあわせるのが大変だったという。



「彼らふたりは、千回は撮影をくり返していましたから、やっているうちにタイミングを合わせるのは職人芸のようになっていましたね」
撮影後の編集は市販のソフトを使い、膨大な動画データを一コマずつ、時間経過にあわせた静止画に編集していった。
「各自持ち帰って自宅のパソコンでやっていたようです。非常に根気のいる作業で、よくやったと思います」
デジタルカメラの性能と、彼らのコツコツと取り組む姿勢が、輝かしい評価につながった。


スーパーサイエンスハイスクール(SSH)とは
スーパーサイエンスハイスクール(SSH)は、将来の科学技術を担う人材の育成を目指して、文部科学省が指定した、
科学技術、理科・数学教育を重点的に行う学校です。
広島大学附属高等学校は、2011年3月でSSH(スーパーサイエンスハイスクール)に指定されて8年目になります。
この間、課題研究に取り組み、数々の成果を得てきました。自然現象の観察、撮影に用いたハイスピードカメラは、
課題研究のより深い理解にとって、欠かせないツールとなっています。

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