展示室
しくみ館
時計やエンジン、錠前をふたを開けて、部品の動きが追えるくらいゆっくり動かします。
機械の多くは、しくみをカバーの中に隠しています。この展示室の展示はそのカバーを外し、とてもゆっくりした一回の動きから実際の速さまで、好きな速さで装置を動かせるようにしました。
「中を見る」をオンにすると外側が透明になり、「分解」を動かすと部品どうしが離れます。解説を順に進めれば、力と動きがどんな順番で機械の中を伝わるのかを追えます。モデルは公開されている寸法と比率に合わせて作り、解説の最後に参考資料と確認した日付を書いています。
展示
振り子時計のしくみ：長さが時を決める理由
振り子時計は長さ 99.4 cm の棒で秒を数えます。長さや温度、地球上の場所を変え、四つの脱進機を交換して、一日に生じる誤差を比較できます。
4 ストロークエンジンのシミュレーターとバルブの動き
3,000 rpm では、どのシリンダーも 1 秒間に 25 回点火します。ここではエンジンがゆっくり回るので、一つひとつの行程を追えます。単気筒から V8 まで組み替えられ、それぞれに固有の点火順序があります。
ピンタンブラー錠を3Dで分解、鍵の切り込みを試す
一般的なシュラーゲの鍵では、刻みの深さは 1 段ごとに 0.381 mm ずつ違います。このわずかな段差だけで、違う鍵は回らなくなります。
自転車のギアのしくみ：坂を登りやすい組み合わせ
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。
車のデフ（差動装置）を3Dで分解、シミュレーター
半径 10 m のカーブを時速 50 km で曲がると、外側の後輪は内側より 17% 速く回ります。それでも左右の車輪は同じ 1 本の軸から力を受けています。
季節があるわけを体験：地軸の傾きシミュレーター
地球が太陽にいちばん近づくのは 1 月の第 1 週、北半球では冬のさなかです。
月の満ち欠けシミュレーター：日食・月食も体験
月は 29.5 日ごとに地球と太陽のあいだを通ります。それなのに、なぜ毎月日食が起きないのでしょうか。
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。
潮の満ち引きシミュレーター：月と太陽の引力を体験
月は地球の月に向いた側の海を持ち上げます。では、なぜ反対側でも満潮になるのでしょう。
論理ゲートで足し算をするしくみ：和と桁上げ
この基板で 7 と 9 を加えるにはゲート 20 個を使い、スイッチを切り替えてからゲート遅延 8 回後に最後の桁上げが届きます。
ファスナーのしくみ：スライダーが歯をかみ合わせる理由
スライダー内部には動く部品がありません。それでも同じ Y 字通路が、上げると歯をかみ合わせ、下げると外します。
地図投影法のしくみ：大きく見えるグリーンランド
メルカトル図法ではグリーンランドがアフリカより大きく見えますが、実際はアフリカが約 14 倍の大きさです。
食塩が立方体になるしくみと結晶の単位格子
食塩の粒は、辺が 0.564 nm の立方体の積み重ねです。各辺にはナトリウムと塩素が交互に並びます。
ワットの蒸気機関を3Dで動かして分かる仕組み
ワットの機関は蒸気を別の容器で凝縮したので、ニューコメン機関と同じ仕事をおよそ 3 分の 1 の石炭でこなしました。
CRISPR-Cas9ゲノム編集を動かして見るシミュレーター
ガイド RNA が読むのは DNA のわずか 20 文字。それだけで、ヒトゲノムの 30 億塩基対の中からたいてい 1 か所を選び出せます。
ジェットエンジンのしくみと旅客機の推力
旅客機のターボファンでは、空気 11 kg のうち炎を通るのは 1 kg だけです。ほかの 6 種類では仕事の分け方が異なり、それぞれの内部を開いて比べられます。
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。
機械式時計を分解してテンプの動きを見る
爪ほどの大きさのテンプが 1 秒に 8 回振れ、そのたびに歯車を半歯ずつ進めます。
リチウムイオン電池の構造を分解、充放電を体験
18650 セルを 1 回充電するたびに、約 7 × 10²² 個のリチウムイオンが金属酸化物を離れ、黒鉛の層のあいだに入りこみます。
ロケットエンジンの構造を分解して試すシミュレーター
ヌリ号の 75 トン級エンジンは毎秒 255 kg のケロシンと液体酸素を燃やします。同じエンジンでも、宇宙では海面上より約 13% 強く押します。
ターボチャージャーのしくみ
この 2.0 リットルエンジンの模型では、142,000 rpm で回る軸が、各シリンダーにほぼ 2 倍の空気を押し込みます。
トランジスタのしくみ
160 億個のトランジスタを載せたチップは、その一つひとつを、下のシリコンに触れることのないゲートにかける数ボルトでオンとオフに切り替えています。
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。
GPSの仕組みシミュレーター：衛星と誤差を体験
GPS の信号は 20,200 km 上空からスマホに届くまで約 70 ミリ秒かかり、わずか百万分の一秒の誤差で位置は 300 m ずれます。
エレベーターのしくみを動かして体験：かごと釣り合い錘
人を満載したエレベーターのかごは 2 トン近くになりますが、ロープの反対側につり合おもりが下がっているので、モーターが実際に持ち上げるのはその 4 分の 1 ほどです。
心臓の拍動を動かして見る：心拍数シミュレーター
心臓は一拍ごとに約 70 mL の血液を送り出し、安静時の速さなら一日に約 108,000 回これを繰り返します。
風力発電機を動かして試す風車シミュレーター
長さ 61 m のブレードを持つ風車は、嵐の中でも強めの風のときより多くは発電しません。風速が 11.4 m/s を超えると、ブレードを風から逃がすからです。