第41回入賞作品 小学校の部
1等賞

チョークの折れ方の秘密

1等賞

愛知県刈谷市立小垣江小学校6年
中崎 恵美 他3名
  • 愛知県刈谷市立小垣江小学校6年
    中崎 恵美 他3名
  • 第41回入賞作品
    小学校の部
    1等賞

    1等賞

研究の動機

 私たちのクラスは算数の進度が少し遅れていて、担任の鈴木先生もかなりあわてているようでした。必死で黒板に書いている先生のわきから1本のチョークが床に落ちました。チョークは2つに割れました。しばらくしてまたチョークが落ちました。すると今度は3つに割れたのです。「どうして割れる数がちがうの?」 私は不思議に思いました。
 ひょっとすると、私の知らない何か秘密がチョーク にはかくされているのかもしれません。そこで私は友達3人と一緒に研究を始めることにしました。

予備実験

 チョークを落とす高さを変えたり、落とす時のチョークの向きを変えて調べた結果、落とす高さが高いほど割れやすいことが分かりました。割れる数は落とすたびにちがっていました。

研究の目的

様々な条件を変えたとき、チョークの割れやすさや割れる数はどうなるのか調べる。

チョークの割れ方のちがいは何が原因で起こるのか調べる。
研究の方法・結果・考察

追究1 様々な条件を変えたとき、チョークの割れやすさや割れる数はどうなるのか調べる。

ア.水平に落とした場合の高さと割れやすさの関係

方法

チョークを洗擢バサミでつまみ、10cm~ 100cmまで、10cmずつ高さを変えて水平に落とし、 割れる割合といくつに割れたかについて調べました。

結果

 


イ.落とす角度と割れやすさの関係

方法

チョークと床の角度を15度ずつ変えて、50cmの高さから落とし、割れる割合といくつに割れたかについて調べました。

結果

 


ウ.チョークの湿り具合と割れやすさの関係

方法

電子レンジで完全に乾かしたチョーク・完全に水をしみ込ませたチョーク・水から出して、ふくむ水が半分になったチョークについて、20cm~100cmまで20cmずつ高さを変えて落とし、割れる割合について調べました。

結果

完全に水をしみ込ませたチョークが1番割れやすく、半分乾いたチョークが1番割れにくい結果となりました。
なぜ、半分乾いたものは割れにくいのでしょう。

方法

スタンドにチョークを固定し、チョークの真ん中にひもをかけ、おもり(ペットボトルに水を入れたもの)をぶら下げ、割れるまでの重さを測定しました。

結果

 


エ.チョークの形と割れやすさの関係

方法

チョークの代わりに紙粘土で、円柱・三角柱・ 四角柱を作り、1日乾燥させたあと、落下させて割れ方を調べました。

結果

紙粘土で作ったチョークは全く割れませんでした。

オ.チョークの長さや太さと割れやすさの関係

方法

接着剤でチョークを2本・3本・4本とまっす ぐにつなぎ、落下させて、割れやすさや割れる数を調べました。


 


方法

普通のチョーク(直径10mm)と実験用の直径30mmのチョークを落下させて割れ方、割れる数について 調べました。

結果

太い方が割れにくいこと、太いチ ョークは2つにしか割れないことが分かりました。

カ.少し使ったチョークと新品で実験

方法

少し使って角が取れたチョークと新品のチョークを落下させて割れやすさを調べました。

結果

少し使ったチョークは割れにくくなり、2つに割れる割合が大きくなりました。

追究2 新品のチョークが割れやすいわけを調べる。

仮説 古いチョークは水分を多く含み、クッション効果があるからではないか?

方法

1週間放置しておいたチョークと新品のチョークの水分量を測りました。チョークの重さを測り、電子レンジで5分加熱し、もう一度重さを測り、10本の平均を出しました。

結果

はしの丸いチョークは落下したあとが薄く、新品のチョークは、はしのあとがくっきりとついていました。

考察

はしの丸いチョークは衝突の時の力が集中しないため割れにくくなると言えます。

追究3 1回1回で割れる位置が変わってしまうのはなぜか調べる。

方法

これまで割ったチョークの長さを調べました。

結果

2つに割れた場合のチョークの長さは、チョー ク全体の長さの45~55%のものが、全体の90%でした。 極端に真ん中からはずれたところで割れたチョークの割れ口を拡大して覿察すると、割れ口にかなり大きな空洞が発見されました。
空洞があればその部分だけ弱くなり、割れてしまうはずです。

追究4 水平の状態から落下させた場合、高さが高くなるほど3つに割れやすくなるのはなぜか調べる。

方法1

身近にあるものを折って、折れ方を調べました。

結果

プリッツ・そうめん・シャープペンシルのしんは全て2つに折れました。スパゲッティーは3つに折れました。

方法2

チョークを3つに割り、VTRカメラで録画しました。

 チョークが3つに割れるときは、真ん中の部分が床に衝突して割れた後も動かないことを発見しました。

考察




追究5 チョークをこするとなぜ割れるのか調べる。

方法1

塗料をぬった木の板・ポスター・紙ヤスリ・ わら半紙の上でチョークをこすらせて割れるかどうか調べました。

結果

塗料をぬった木の板・ポスターの上でこすらせると割れました。すべりやすくても、すべりにくくてもチョークは割れないことが分かりました。

分かったこと

こすってチョークが割れた時のチ ョークがつけたあとを観察した結果、割れる前はスムーズにあとが付いているのに、割れる瞬間そのあとがとぎれ、その後強くこすられたあとが付いていることが分かりました。チョークが割れる時に急に強いカが加わっていることが分かりました。

方法2

チョークが割れる時と割れない時の音の高さのちがいを、チューナーで調べました。

結果

割れる時は、極端に音が高いことが分かりました。

考察


指導について

指導について愛知県刈谷市立小垣江小学校 鈴木 竹久

私は「当たり前の現象」の中に隠されている科学に注目するように、子どもたちに常に語り続けています。そんな中『チョークが落ちて折れる』という誰もが目にできる「当たり前の現象」に彼女たちは注目しました。
 物が折れるときは2つに折れるのが普通であるのに、なぜ3つに折れるのか?このことは私にとっても興味のあることでした。
2学期初めから約2ヵ月間の、私と彼女たちの長い研究が始まりました。使ったチョークは1万本以上、夜遅くまで実験したこともありました。6年生全員の子にアンケートをしてもらったり、保護者の方に送り迎えをしていただくなど、彼女たちは様々な人たちに助けられながら研究を進めることができました。ふり返ってみると、彼女たちは研究の成果よりも「まわりの人たちへの感謝の気持ち」を一番学んだのではないでしょうか。
 自分は小壇江小学校に「理科研究の灯」をともすためにやってきました。そんな中、彼女たちの努力を認めていただき、大変感謝しております。今後も一人でも多くの子どもたちに自然を追究する楽しさを感じさせたいと思います。ありがとうございました。

審査評

審査評[審査員] 須山 弘一

たまたま黒板から落ちたチョークが2つに割れたり、3つに割れたりしたことにこだわり、割れる数の秘密を探究しようとしたところに科学する心を感じました。そして、毎日の生活の中で当たり前のように起こっている「チョークが割れる」という現象から、これだけの秘密を見つけたことに拍手を送りたいと思います。
 チョークを落とすときの条件を高さ・傾きとし、チョークその物の条件として湿りけ・長さ・太さ等に目を付けて、条件コント ロールを行い、細かく、多面的に、繰り返しチョークの折れ方の実験を行ったところに、問題解決力と根気強さのすばらしさを感じます。
 そして、チョークが割れる瞬間の様子を見るための工夫として、 VTRカメラで撮影し、1コマ1コマの映像の中から割れる瞬間の様子を見つけ、3つに割れる秘密を発見しました。
 さらにグループで研究する楽しさや情報収集を工夫することの楽しさを味わえたことは共同研究の喜びでもありましょう。
 これからも、自ら見つけた問題にこだわりをもって根気強く調べていってください。期待しています。

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