レゴ® サイエンス&テクノロジー モーター付基本セット

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。

45~90分
基礎
小学校高学年・中高
windmill-connect

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!

windmill-connect

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。

windmill-building-instructions-front-page

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。
windmill-fan

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。

windmill-sails

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。

windmill-ratchet

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!

windmill-rubber-band

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。

windmill-spin

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。

windmill-crank-up

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
  • 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。

生徒用資料

生徒用ワークシート

Download to view and share the student worksheet.

以下でシェア:

Google ClassroomGoogle Classroom