科学・技術の地産地消レストランオープニングイベント第２弾「ゼロから学ぶ物理実験講座～重力加速度を測定しよう～」［2014年3月29日(土)-30日(日)］を開催しました

■科学・技術の地産地消レストランの新メニューを試行的に実施

　学都「仙台・宮城」サイエンスコミュニティでは、「科学・技術の地産地消レストラン」と銘打ち、様々な地域リソースを活用した科学講座を開発・実施することで、地域の知的資源が次世代育成に還元される循環をつくることを目指しています。
　この科学・技術の地産地消レストランのオープニングイベント第２弾として、研修中のシェフ（サイエンスコミュニケーター）たちが開発した新メニュー（科学講座プログラム）の試食会（試行的実施）を、３月２９日と３０日の２日間連続講座として実施し、中高生９人（内訳：中学生３人、高校生６人／男５人、女４人）が参加しました。

■今回のテーマは「自由落下運動」

　今年度シェフたちが開発した科学講座は、自由落下運動をテーマとした「ゼロから学ぶ物理実験講座～重力加速度を測定しよう～」です。身近な物理現象の一つとして自由落下運動は物理学の学習の初めに扱いますが、測定するのがそれほど容易でないこともあり、意外にも実際にその測定を行うことはなかなかありません。しかし、この運動への理解は物理学の発展の歴史において重要であり、物理学を学ぶ上で大切な要素を多く含んでいます。
　そこで本講座では、実際にさまざまな工夫をしながら自由落下運動の実験系を自ら構築して実験を行い、自由落下運動の理論的な記述と比較して考察を行うことで、実験と理論の両面から自由落下運動という物理現象をとらえていきます。その過程を通じて、物理現象をとらえることの難しさと上手くいった時の喜びを実感しながら、物理学を習得していくスタイルを身に着けましょう。
　自由落下運動を、実験と理論の両面から理解するために必要な要素は、次の3つです。ここに挙げた要素は自由落下運動だけに限らず、今後取り上げる様々な運動でも不可欠ですので、きちんと習得しましょう。
(1) 測定を行うための実験装置の設計と作成
(2) 計測データを処理する方法の習得
(3) 理論的取り扱いに不可欠な物理学と数学の理解

■要素技術を学んだ後、自分で実験系を構築して物理量を測定

　1日目は、「基礎編： 実験系構築に必要な要素技術を身につけよう！」と題して、翌日の実験系構築に必要な要素技術を、ハードとソフトの両面で受講生に習得してもらいました。今回の実験系では、鉄球が落下する運動を非接触で計測する光センサーを、LEDと受光器を用いて作成するため、１日目ははんだ付けの練習からスタートし、LED点灯回路や光センサーの距離特性測定回路を作成しました。次に、実験系制御と取得データの解析を行うために必要な、プログラミング言語（JavaScript）や二次元グラフの描画方法（jqPlot）、マイコンによる実験系の制御方法（Arduino）を習得しました。
　続いて2日目は「実践編： 自分で実験系を構築して、物理量を測定しよう！」と題して、前日に取得した要素技術を駆使して、実験系を構築しました。まず、自由落下運動を計測する光センサーの距離特性や電磁石の特性を考慮した筐体設計の必要性を学んだ後、筐体を作成し、実際に自由落下運動の測定を行いました。そして、物体の運動を記述するための手法である物理学の理論を習得した後、取得したデータと照らし合わせながら、実験結果の解析を行いました。その結果から重力加速度を算出し、その誤差について検証を行いました。受講者たちは活発に議論を行い、誤差の発生メカニズムや実験精度について学びました。