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2023年4月

2023年4月30日 (日)

30年前にPC-9801で作った「波の重ね合わせ」アニメ

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 30年前にPC-9801で作った高校物理教育用アニメーションご紹介します。これで3つめになりますね。

 上のような図はどんな教科書にも載っており,三角波で重ね合わせの作図をさせたりするのですが,やはり動かないとピンときません。もちろん,ウェーブマシンを使って見せたりもするのですが,あっという間にすれ違っちゃうので困ります。

 このアニメーションでも比較的早くすれ違ってしまいますが,PC-9801でこれを見せていたときには「STOPキー」で止めて,じっくり観察させていました。下の動画もときどき止まりますが,手動で止めているからです。
「山と山の重ね合わせ」と「山と谷の重ね合わせ」の2パターンの動画をご覧ください。

 ここからは老人の繰り言ですが,ネット上にある物理教育のシミュレーションやアニメーションにはロクなものがありません。
おそらく,これらを作っている人が生身の生徒を相手にして授業をしたことがないからでしょう。要するに現場の物理教師のニーズが分かっていないのです。
そんななかで,昨年度1年間だけ同勤した20代の物理教師が作っている Junchi Lab の作品は素晴らしいものです。フィゾーの実験のアニメなんてのは本当に出色の出来です。やはり生徒の実態の分かっている人は違います。

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2023年4月29日 (土)

30年前にPC-9801で作った縦波の横波表示アニメ

 前回に続いて,30年前にPC-9801で作った高校物理教育用アニメーションをご紹介します。

 高校物理の教科書には必ず「縦波の横波表示」という学習項目があって,媒質の振動方向と波の進行方向が同じ波(縦波)を媒質の振動方向と波の進行方向が垂直な波(横波)に描き直す作業を行います。
 縦波を横波に描き直すとき,多くの場合 媒質の右への変位を上への変位へ,左への変位を下への変位に変換します。そういう図が教科書に描かれているのですが,止まった絵だとどうもピンときません。そこで,パソコンの力を借りて動かしてみよう,ということです。

 まずは,静止していた媒質の左端が単振動を始めて,時間が1.5周期 経過するまで(波が1.5波長進むまで)のアニメーションです。 
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 続いて,連続的な縦波の正弦波を横波表示したものです。横波表示された波形で「どこが密で,どこが疎なのか」を確認するためにときどき「手動」で動画を止めています。ご了承ください。
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 今どきのパソコンを使えば,この程度のものは簡単に作れるのでしょうが,30年前にこのクオリティのアニメーションを作って授業で使ってたってのが凄いことなんですよ(ドヤ顔) w

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2023年4月23日 (日)

30年前にPC-9801で作った気柱共鳴アニメーション

 僕は授業でパソコンを使うことはほとんどないのですが,「気柱が共鳴してるとき,空気はどう動いているのか」なんてことはパソコンでアニメーションを作って見せるしかありません。もちろん,本物の気柱共鳴実験装置に振動してる音叉を近づけたりする実験はやるんだけど,空気がどう動いてるかなんて見えないですからね。

気柱共鳴のアニメーション(縦波表示と横波表示)
 今から30年くらい前PC-9801RXのN88-日本語BASIC (MS-DOS版)で作った気柱共鳴アニメーションをご紹介します。
現在と比較したら想像もできないくらい低スペックなパソコンでなめらかに動くアニメーションをつくるのは大変なことです。計算も描画も遅くて,そのままでは使い物になりませんが,もっさり描いた9枚の絵をビデオメモリに格納しておいて画面を切り替えればなめらかに動いて見えるようになります。パラパラマンガの原理ですね。
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 3倍振動の定常波のアニメーションですが、上段が教科書によく描いてある横波表示のもので,下段が縦波(疎密波)表示したものです。アニメーションを見ると定常波の節で空気の疎密変化(気圧変化)が最も大きいことがよく分かります。「定常波の節で音が最も大きく聞こえる」というのも納得!でしょう。

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 これが5倍振動です。隣り合う節が交互に疎密を繰り返すのが分かってなかなか愉快です。
30年前は教室にでかいデスクトップのPC-9801を持って行ってこの動画を生徒に見せてました。今だったら「パソコンが表示する動画をキャプチャしてファイルに落とし,タブレットで見せる」ところですが,当時のパソコンでは動画キャプチャする方法がなかったので,手軽に持ち歩くためにはディスプレイの前にビデオカメラを置いて画面を撮影(!)してビデオテープにするしかありませんでした。信じられないかもしれませんが,本当の話ですw 画像がボケているのはそういう理由からです。

 VHSのビデオテープデッキが学校からも廃棄されてしまった15年くらい前にビデオテープからDVDに落として使ってたのですが,7年くらい前にMOVファイルに変換してからはiPadで見せるようになりました。で,つい先日 動画編集のワザを覚えたので,こうしてブログやYouTubeのネタにしているというわけです。
画像はボケてても内容的には今でも通用する優れた教材だと自負しています。どうでしょうかね(^^)

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2023年4月 7日 (金)

ドライアイス不要の霧箱 (3)

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 ペルチェ素子を使った霧箱を作って放射線の飛跡を見てみましょう。
以前,ドライアイス不要の霧箱(1)ドライアイス不要の霧箱(2)という記事を書きましたが,今回はその第3弾で,ペルチェ素子を1枚しか使わないシンプルな構造ですが,放射線の飛跡はしっかり観察できます。初めて作るならこれがカンタンかもしれません。

 まずは,ダイソーの「コレクションケース」を使ってクラウドチェンバを作ります。
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 ケースの黒い台に四角い穴を空けて裏からアルミ板を貼り,表面を黒く塗装します。アルミ板の接着には以前やったように UVレジンを使っています。
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 裏返して,アルミ板にペルチェ素子(40mm×40mm)を貼り付けます。サンハヤトの放熱用両面テープを使いましたが,放熱用シリコングリスの方が良いかもしれません。
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 加工した台を大型のシートシンクに放熱用両面テープで固定します。このヒートシンクは名古屋大須のジャンクパーツ屋で780円で買ったのですが,これを手に入れたから今回の工作を思いついたのです。
放熱用両面テープで大丈夫ですが,放熱効果を上げたかったら 放熱用シリコングリスを使うと良いでしょう(台をヒートシンクに固定するために台とヒートシンクに穴を空けてビス留めする必要があるので面倒ですが)。
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 書き忘れてました。ペルチェ素子がヒートシンクに密着するように台のスカート部分は切り落としてあります。
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ヒートシンクを氷水に浸けて,ペルチェ素子に12Vをかけてやると,霧箱内のアルミ板表面は-30℃くらいまで下がります。電源は以前紹介したようにパソコンのATX電源(ハードオフで500円で買いました)を使っています。
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動画をご覧ください ↓

 

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