風車
力と運動、再生可能エネルギー、エネルギーの捕捉と蓄積、消費といった理科のテーマについて学びましょう。
1. 結びつける
(5-10 分)
ジャックとジルは、昔の採掘坑のそばで、大きくて重い宝箱を見つけました。宝箱はとても重いので、2 人が どんなにがんばっても、穴から持ち上げることができません。
昔、採掘坑から水をくみ上げるのに使っていた風車が近くにあり、2 人はこれを何とかして利用することが できないかと考えています。
犬のゾグも、宝箱を掘り出すのを助けようと一生懸命がんばったので、くたくたに疲れています。 ゾグは一 休みしようと、ジャックとジルのいる場所から離れていくと、偶然、長い縄を見つけました。 ゾグは走って戻っ てくると、2 人にこの新しい「引き綱」で散歩に連れて行ってほしいとアピールします。
ジャックは、ゾクの持ってきた縄を見て、映画で物を持ち上げるために風車が使われていたシーンを思い 出しました。ジャックはジルに、風車を使って宝箱を持ち上げるアイディアを伝えました。さあ、2 人は穴の
中から宝箱を持ち上げることができるでしょうか。
風車と縄を使って重い物を持ち上げるには、どうしたらいいでしょうか？さあ、考えてみましょう！
2. 組み立てる
(20-25 分)
B風車を組み立てる
組み立て説明書8Aと、組み立て説明書8B（手順 1-17）を参考にしてください。
風車を手で回転させます。スムーズに回ります か？
回転しにくい場合には、軸受けを緩め、その他の 部品がしっかりはまっているか確認しましょう。
S風車をセットする
備考：初めにテストゾーンを準備するために、先生 は基本のモデルを組み立てておく必要があります。
- 扇風機を電源近くの床の上に置きます。
- モデルを2メートルほど離して置きます。
- 扇風機の風速を選択し、モデルを前後に動かし て、重りのブロックを持ち上げるのに最適な距離 と最適な風速を確認しましょう。
- すべての実験で、テストした距離と風速を使用す るようにします（もちろん、異なる風速で実験する 場合を除きます）。
- 風車の前に、ビニールテープなどを使って、床に 線を引き、複数の生徒たちがこの線の位置から実験できるようにします。すべての風車にあたる¨風量が同じか確認しましょう。
3. よく考える
(20-25 分)
風車には何枚の羽を使うと一番良い？
宝箱（重りのブロック）をもっとも速く持ち上げるに は、どの組み合わせが良いかを予測して実験して みましょう。その理由が説明できますか？
3 番目の羽の組み合わせがベストです。3 番は、風 力エネルギーを捕らえる面積がもっとも大きくなっ ています。
2 番目はバランスが崩れる組合せで、羽が2 枚しか ない1 番目よりも面積は広いのですが、バランスが 悪すぎて効率的に回転することができません。
アイディア：
羽の形は影響するのでしょ うか？ 時間があれば、厚紙で異な る形の羽を作ってみましょ う。ただし、面積はモデルの 羽と同じになるようにしてく ださい。
備考：
それぞれの羽の面積は、 約40 平方センチです。
以下の場合、歯止め装置の役割は？
重りが持ち上げられている最中に、風が止まった 場合。
風車は止まりますが、歯止め装置は重りが落下す るのを防ぎます。優れた安全機能です。風が吹いているときに、歯止め装置の歯止めを 反対にした場合。
風車は失速します。これは、「力が反対」に働いて いるからです。’重りが上がり風が止まった時に、歯止め装置の歯 止めを反対にした場合。
落下によって重りにエネルギーが蓄えられるた め、これによって風車が動きます。再度、風車から 風が送られます。
輪ゴムの力計測器
重りを持ち上げるひもに輪ゴムを結びつけたり、バ ネ秤を使って、風車が失速する前の揚力を調べて みましょう。どの位長く伸びるか測ってみましょう。 生成された力の大きさに驚くことでしょう！
4. 続ける
(25-30 分)
回転のエネルギー！
エネルギーを貯蔵し、後で使えるようにするには、 どうしたら良いでしょうか？
この練習問題では、重りを実際に手で回転させま す。もちろん、スピナーを取り外す前に羽をはずす 場合には、風力を活用することもできます。
組み立て説明書8B、14 ページの手順1に従って、ギ アボックスを取り外し、14-16 ページ、手順1-3（赤 い数字表記）3 つの異なるコマを作りましょう。
先生のための豆知識
それぞれのコマの重さは、約
2グラム、
8グラム、
16グラムです。
重りを巻き上げ（エネルギーを加える）、歯止め装 置を押し出して重りの位置を上で維持します（エ ネルギーの蓄積）。
コマを接続します。
テーブルの端から下へ重りが落下することがで きるように、重りの位置を調整します。
歯止め装置を持ち上げて重りブロックのエネル ギーを開放し、コマを回転させます。
持ち上げて、コマを外します。
これにはコツが必要なので、辛抱強くやってみて ください。
どのコマがもっとも長く回転するでしょうか、また それはなぜでしょうか？それぞれのコマを使っ て、何回も予測したり実験を繰り返してみましょう。
いろいろなコマ
自分のスピナーを作り、スピードを上げたり回転時 間を長くすることができるか、実験してみましょう。
自分でコマ回しのゲームを考えたり、独自の得点シ ステムを導入してみましょう。
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 – シフトアップとシフトダウン
- デザインして作る。
- 材料を組み合わせる
- 歯止め装置
- 安全および制御システム
科学（理科）
- 力と運動
- 再生可能エネルギー(エネルギー変換)
- 重さを量る
- 時間の測定
- 力
- 面積
- 公正な実験
- エネルギーの確保、貯蔵、活用
- 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)
- 卓上扇風機
- 真ちゅうの重り、または粘土
- ストップウォッチ、もしくは秒針のある時計、タイマー など
- オプション：風車の羽を作るための、厚紙とハサミ
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。
- 風力エネルギーの確 保に効率的な、帆の素 材や形、面積を調査す る。
- 構造に関する調査。
- エネルギーの貯蔵と供 給に最も効果的な風 車のシステムをデザイ 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。
- 機械を動かすために、 風のエネルギーを利 用する。
- エネルギーを貯蔵し、 運動エネルギーから位 置エネルギーに変換 する。
- 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。
- 時間と面積による力の 測定。
- 帆の形や面積に関連し たスピード（速度）や効 率の予測と比較。
