レゴ® サイエンス&テクノロジー モーター付基本セット

フライホイーラー

ギアを上げる、距離を測る、力、運動エネルギー、摩擦、空気といった理科のテーマについて学びましょう。

45~90分
基礎
小学校高学年・中高
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1. 結びつける

5-10 分

ジャックとジルはけんかをしたため、頭を冷やすように家の外に出されてしまいました。ジルは車に乗り、 犬のゾグに引っ張らせますが、なかなか進みません。

一方、ジャックはコマで遊んでいます。ジャックは上手にコマを回し、とても速く回せるようになってきまし たが、一人で遊ぶのにも飽きてしまいました。ジルもそう思っています。2人はお互いに仲直りをして、一緒 に遊びたいと思っています。

2 人がふと顔を見合わせたとき、ジルに良い考えが思い浮かびます。車と、コマの力を組み合わせて 使ってみたらどうなるでしょうか?うまくいくと思いますか?

コマを回すことで車を遠くまで、そして長い時間、押すことができるでしょうか?さあ、考えてみましょう!

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2. 組み立てる

20-25 分

最初に実験用の走路を作る
走行準備(助走)の区間に、50 センチの印を付けま す。これは走行準備(助走)のゾーンで、スタートラ インの前にあります。それから、2メートルのガムテ ープを床に貼り、10 センチごとに印を付けます。そ れでは、モデルを組み立てましょう!

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フライホイーラーを組み立てる
10A の組み立て説明書と、10B の組み立て説明書 (手順1-20)を参考にしてください。

フライホイールを押すと、止まるまでゆっくりと進 みます。 すぐに動きが遅くなってしまう場合には、軸受け をゆるめ、歯車がきちんとかみ合っているか、そ してその他のすべての部品がしっかりとはめ込 まれているか確認してください。

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3. よく考える

20-25 分

公正な実験
公正な実験を行うために、50 センチの助走の後、 スタートラインで手を離して同じスピードで発車さ せましょう。これには少し練習が必要です!したがっ て、より正確な結果を得るために、それぞれのモデ ルで最低3 回は実験してみることをお勧めします。

先生のための豆知識
エネルギー効率を最大限に 高めるためには、密閉した 容器の中にフライホイール を入れ、真空状態で空気抵 抗をなくして走らせます。

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良いフライホイールを作るには?
良いフライホイールなら、全く同じ助走条件でも、 車を遠くまで、そしてより長い時間走らせることが できます。全くフライホイールを使わないで実験し てみましょう!そして、タイヤ付きとタイヤなしで、大 きなハブを使って実験してみましょう。さらに、自分 で好きな組み合わせを考えてみましょう。

重いフライホイールの方が軽いフライホイールよ りも良いのですが、走り出すまで、大きな押す力が 必要となります。
つまり、運動エネルギーの貯蔵量は、重さと走行ス ピードによって変わってくるのです。

どの位遠くまで、そしてどの位長く走れる?
それぞれのフライホイールが、どの位遠くまで走る ことができるか、測定してみましょう。できれば、ど の位長い時間走れるかも測定してみましょう!

組み立て説明書10B、12 ページ、手順22 に従って モデルを組み立ててみましょう。
実験して測定しましょう。

組み立て説明書10B、14 ページ、手順24 に従って モデルを組み立ててみましょう。
実験して測定しましょう。

フライホイーラーは、とてもゆっくり進みます。通 常、フライホイールが大きいほど走行スピードは遅 くなりますが、より長い距離、そしてより長い時間走 ることができます。

先生のための豆知識
8 歯の歯車と24 歯の歯車を 使ってシフトアップする場 合、それぞれ1:3 の割合で 2 段階でシフトアップしま す。すなわち、地上で車輪が 1回転すると、フライホイー ルは9 回転することになり ます。

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4. 続ける

25-30 分

シェーキー・ブレーキー
組み立て説明書10B の17ページ、手順3 に従い、 フライホイールを中心からずらして取り付けてみま しょう。
どうなるか予測してから、実験してみましょう。

車はすぐに止まってしまいます!フライホイールが 回転する際には動的にバランスがとれていなけれ ばなりません。そうでないと、いろいろな方向に向 かう大きな力が発生して、車軸にかかる摩擦が増 えてしまいます。

シェーキー・ブレーキーを丘の上から走らせてみま しょう。どうなりましたか?釣り合いの取れたフライ ホイール車も走らせて、比較してみましょう。

シェーキー・ブレーキーはとてもゆっくりと走り、そ のままスピードは加速されません。スピードが少し でも速くなると、動的な不釣合い力が大きく増加し ます。スピードが遅いうちは動的な不釣合い力が 小さいため、車のスピードは遅いままとなります。

先生のための豆知識
現実には、バランスを崩し た超高速のフライホイール 車は爆発してしまいます!

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ヒル・クライマ
車に登らせるための傾斜路を作りましょう。同じス ピードで走らせた場合、フライホイール車と非フラ イホイール車では走りにどんな違いがあるかを予 測して、実験してみましょう(答は意外かもしれませ ん!)。この実験に関しては、クラスの他のチームと 一緒にやってみてもいいでしょう。

フライホイール車の方が、斜面を上まで進んでい きます。エネルギーがたくさん貯蔵されているから です。

車がうまく乗り越えられるような、いくつにも連なっ た低い丘を作りましょう。靴や物の上に薄めの厚紙 をテープでとめると、うまく作れます。

フライホイーラーは、丘を登るときも降りるときも、 ゆっくりと進みます。フライホイールは「コントロー ラー」のような役割を果たすため、車は一定のスピ ードで丘を乗り越えることができます。

障害物コースに挑戦
床やテーブルの上に大きなレゴブロックの山を作 り、レゴの「山」を乗り越えるには、どの種類のフライ ホイールが必要か確認してみましょう。

障害のあるコースを前進し山を乗り越えるには、大 きなタイヤのついたフライホイーラーが一番適し ています。.*

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教師用サポート

以下のコンセプトについて学びます:

科学技術と設計、構造、美術

  • メカニズムを利用する – シフトアップ
  • 部品の組み立て

科学(理科)

  • 距離の測定
  • 時間の測定
  • 運動エネルギー
  • 摩擦と空気
  • 抵抗
  • 科学調査
  • 9686 レゴ® サイエンス&テクノロジー モーター付基本セット (生徒1人につき1セットをおすすめします)
  • 3メートルの平らな床
  • ガムテープ
  • 1メートルの物差しまたは巻尺
  • タイマーまたはストップウォッチ

科学技術と設計、構造、美術:
必要性を見極め、アイデアを出してい く。個人またはチームで作業を進め る。材料や部品、およびモジュール式 組み立てキットを使って、高品質な実 用試作品をデザインして作る。適切な テスト方法を使用して、改良の成果を 調べる。さまざまな身近な製品を組み 立て/分解し、特定した目的を満たすこ とができるかテストする。

  • フライホイーラーの スピード(速度)制御 (加速)と安全機構に ついて調べる。
  • フライホイーラーへの エネルギー貯蔵につ いて調査する。
  • 歯車を使って加速する。
  • 車上に貯蔵されたエ ネルギーを使って、で きるだけ遠くまで走る ことのできる車をデザ インして作る。

科学(理科):
基本的な機械要素の性能に関する可 変要素の効果を予測、評価するなどの 科学的調査。 • 慎重な観察、測定、およ び記録。

  • 運動/移動エネルギー の貯蔵。
  • 摩擦。
  • 釣り合いの力または不 釣り合いの力。

解析・分析(数学):
解析・分析など数学的な考え方を活 用、応用する。あらゆる演算方法を使 用した計算。領域、平均、および比率の 概念を使用して計算する。時間、距離、 および(力)重量を、できるだけ正確に 測定する。言葉による反応式を使用す る。一次方程式を使って速度を計算す る。結果からパターンを特定する。デー タを収集して表に表わす。スピーチや 文章、図表を使って、数学的な考え方 を伝える。

  • 距離や時間の測定。
  • フライホイール車の質 量とスピード(速度)や 走行距離の関連性に ついて説明する。

生徒用資料

生徒用ワークシート

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