乗って押して感じる力

押す力、引く力、回す力を増やし、向きを変え、釣り合わせる機械と模型です。ジェットコースターの最初の落下から、紙を折った飛行機までを見ます。

乗り物の高さが持つエネルギーから始めて、回転、ギア、持ち上げる仕組み、浮くことと飛ぶことへ進み、ブレーキ、ロボットアーム、投げた紙飛行機で終わります。

どの立ち寄り先でも、力と、その力で何ができるかを扱います。ジェットコースターは高さを速さに変え、ジャイロスコープはおもりが落ちようとする動きをゆっくりした円運動に変えます。ギアや滑車は、長く弱く引く動きを短く強く引く動きに変えます。先に数式を知る必要はありません。各展示では、落差、ギア、ロープの本数などの数値を一つ変え、すぐに結果を見られます。

後半では流体と摩擦も加わります。船が浮くのは、水が船の重さとまったく同じ力で押し返すからです。翼は空気を下に押し、その反作用で上に押されます。ディスクブレーキは運動を熱に変えます。どの立ち寄り先でも、力はどこから来て、エネルギーは最後にどこへ行くのかという二つの問いを考えてみます。最後は、ロボットアームと一枚の紙で、人が意図的に力を操るようすを見ます。

01
図 55 · 感覚館
ジェットコースターの仕組み：重力シミュレーター
高さ 42 m の坂を 3 m/s で越える列車は、重力だけで加速し、底では 99 km/h に達します。
鋼鉄のループのコースで「最初の落差 / 頂上高さ」を 25 m に下げ、列車がループ内でエネルギーを使い切るのを見ます。
02
図 46 · しくみ館
ジャイロスコープが倒れないしくみ
3,000 rpm で回る車輪は軸の片端だけを支柱に載せても倒れず、2.8 秒に 1 回、支柱のまわりを回ります。
「自転」を 3,000 rpm にして、軸が倒れずに 2.8 秒ごとに支柱の周りを一周するのを見ます。
03
図 04 · しくみ館
自転車のギアの仕組み：坂道で変速を試すシミュレーター
50 × 11 ではペダル 1 回転で 9.57 m、34 × 32 では 2.24 m 進みます。
大きい「チェーンリング」と最小の「後スプロケット」で 50 対 11 のギアを選ぶと、ペダル一回転で自転車が 9.57 メートル進みます。
04
図 39 · しくみ館
滑車と油圧ジャッキのしくみ：箱と車を持ち上げる
50 kg の箱は 82 N の力で持ち上げられますが、箱が 1 m 上がるごとに、ロープを 6 m 引く必要があります。
「ロープの本数」を変え、ロープを引く力と、箱を 1 メートル持ち上げるために引くロープの長さを比べます。
05
図 36 · しくみ館
船が浮く仕組み：荷物と水を変えて復原力を比べる
1900 トンの鋼鉄船は浮きます。同じ 1900 トンの鋼鉄を立方体に固めると、そのまま沈みます。
「鋼鉄の塊」をオンにして、船体なら浮くのと同じ鋼鉄が、立方体に押し固めると底まで沈むのを見ます。
06
図 10 · しくみ館
翼の揚力を試す迎え角シミュレーター
翼の上を通る空気は、後縁に先に着きます。下を通る空気を待ってはいません。
「流れ」と「圧力の色」をオンにして「迎え角」を上げ、翼の上の空気と圧力が変わるのを見ます。
07
図 73 · しくみ館
ディスクブレーキと ABS のしくみ
乾いた路面を 100 km/h で走る車は、タイヤがロックして滑ると止まるまでに約 51 m かかります。ABS がタイヤを回し続けると、同じ模型の車は 36 m で止まります。
乾いた路面を 100 km/h で走る状態で ABS をオフにします。滑っているタイヤの停止には約 51 m が必要で、ABS がオンのときの 36 m と比べられます。
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図 63 · しくみ館
ロボットアームのしくみ：関節の動きを順に見る
6 軸ロボットアームの指先を、空間のある一本の線のそばで 250 mm/s で横にすべらせると、手首の関節の一つは毎秒 510° で回らなければなりません。
J1 から J6 まで各関節のスライダーを順に動かし、腕のどの部分が動くか、グリッパーがどこまで振れるかを見ます。
09
図 98 · 手順で覚える館
紙飛行機：折り方とゴム動力模型の飛ばし方
折った一枚の紙の最長飛距離は、2025年12月に上海の屋内で記録された 98.43 m です。
「昇降舵」をもう少し上に曲げると、機首が上がって滑空が遅くなり、「飛行経路」にもそれが表れます。