48.光速は、なぜか c

46回、47回と、光の速さの話題が続いた。光速には c という文字を使うことが習わしだが、何故なのだろう。授業では、力は英語で force だから、F と書いて、質量は massだから m と書いて、加速度は acceleration だから a と書いて、ニュートンの第 2 法則…

47.光速の測定

46回の、光の粒子説と波動説の話(粒子性と波動性ではない)のところで、水中での光の速さが空気中の光の速さよりも遅ければ、光の波動説に軍配が上がりそうなことを見た。 そもそも、光の速さはどうやって測ってきたのだろうか。 まずは、17世紀のガリレオ…

46.光の粒子説・波動説

物理を専攻する学生さんたちは、高等学校の物理の教科書の最後の方で、光の波動性と粒子性を学ぶ。光は、電磁波としての波動の性質を持つが、光電効果やコンプトン効果に見られるように粒子性も示すと習う。光の干渉や回折から光の波動性は早くに教わってい…

45.コリオリ力・フーコーの振り子・台風

ポルトガルのコインブラ大学に滞在し、共同研究を行う。日本にいると相当量の研究・教育以外の大学運営・人事管理などの仕事に追われ、落ち着いて物を考える時間が無い。海外の研究室に滞在させてもらって、適度に議論しながら研究を進めるのが最近の研究方…

44.夏の終り

子供の時分から、何かあるたびに結核を疑われた。 小学生時代。ツベルクリン反応では要検査に廻されるもいつも何もなし。面倒なので、注射された日は家で注射された場所を手でこすって、だいたい良さそうな大きさの赤い丸を注射痕に作っていた。 中学になる…

43.音階

子供が中学校に入学した。自分の中学時代なんて、ついこの間のような気がする。小学生の時の記憶は曖昧になっているが、中学生になると俄然よく覚えている。だから、ごく最近の出来事であったような気がするが、子供が中学生になったということは、遥か彼方…

42.熱量とエネルギーの等価性

前回、熱量の単位、cal (カロリー)と、エネルギーの単位、J(ジュール)の換算を使った。 1 cal = 4.18 J エネルギーの単位に名を残すジュール(1818-1889)の業績である。高等学校では、「羽根車」の実験で説明されている。水槽に水を入れておき、その水…

41.歩行とダイエット

不思議な式を見つけた。運動時のおよその消費カロリーは、(メッツ)×体重[kg] ×運動時間 [時間] ×1.05 で見積もれるらしい。どっから導かれるんだ、この式? 1.05 掛けるのは何故だ? とか、全く理解はしていない。メッツとは、その運動が安静時の消費エネ…

40.プラス0.1%、マイナス0.1%

水泳のことは良くわからない。良くわからないが、子供は新年の頃には全国で20位前後であったのが、春の全国大会での直接対決では 40 位台に後退した。自己ベストを出したにもかかわらずである。みんな頑張っている。 そういえば、以前はスイミングから帰って…

39.骨の折れる計算

骨折した。 とある店の中を平地のつもりで歩いていたら、段が1段だけあって、段がないつもりだったので右足で勢いよく着地してしまった。ただそれだけ。 骨折といっても、正確には、右足の甲の骨の一部が欠損し、欠損した骨片が旧石器時代の骨角器の矢じりの…

38.力のモーメントと釣り合い

小学6年生の理科の問題集に、どうやって解いたんだというものがあった。図 1 のように、重さ 30 g、長さ 60 ㎝ の均質な棒の左端を支点にし、支点から 40 ㎝ のところに重さ 60 g の重りをつるす。このとき、棒の右端にばねばかりをつけ、ばねばかりを持って…

37. 力と次元

三角形の面積や、角錐の体積に空間次元が顔を出していることをみた(36回)。それは算数の話だったので、もう少し物理の話題を。 基本的な力を考えてみよう。真っ先に思い浮かぶのは、おそらく重力。「万(よろず)」重さの「有」るものには「引」き合う「力…

36.錐体の体積

小学6年生の息子が、なぜか中学生になってから習うはずの角錐の体積の問題に出くわして、習ってないと怒っていたらしい。 角錐の体積は、 (角錐の体積)=(底面積)×(高さ)÷3 そういえば、中学生の時、なぜ3で割ると答えが出るのかさっぱり解らなかっ…

35.小学生の算数から考える

小学6年生の算数の問題集を子供がしていたとき、面白い問題がちらっと見えた。ちょっと改竄して、大人向けに、こんな感じ。 「三角形があって、各頂点から半径( aとしよう)が等しい扇型を描く。3つの扇型を合わせた面積はいくらか(図1(a))」 三角形の内…

34.三平方の定理と次元解析

フェルマーの最終定理は n を3以上の自然数とするとき、xn + yn = zn を満たす整数解x、y、zは存在しない と言えた。逆に言うと、n=2 のときには、 x2 + y2 = z2 をみたす自然数の組 (x, y, z) は存在するということだ。たとえば、x=3、y=4、z=5。辺の長さ…

33. ケプラーと夜明け

太陽が出ている昼と、出ていない夜の長さが同じになるのは春分の日と秋分の日。だんだん暖かくなる春分を1年の始まりにしていた民族は多そうだ。ローマ時代に遡る今の暦でも春 3 月が 1 月だった。それが証拠に「7 番目の月」で「septem(ラテン語の “7”)」…

32.ソフィー・ジェルマン

最近の若者は「やばい」という言葉を肯定的にも使うようだ。昔は、「やばい」といえば、まずいなぁ、とか、ひでぇなぁ、とか否定的な意味でしか使わなかったのに、近頃は、すごいなぁ、といった感じで使われている。言葉は変化する。最近、あまり耳にしなく…

31.西暦2016年、平成28年

数学者のガウスが小学生の時、授業中に自分の時間を作ろうとした先生から計算に時間のかかりそうな「1から100まで足し算しなさい」という課題を与えられたところ、他の生徒は計算に時間がかかったが、ガウスだけはたちどころに5050という答えを出したという…

30.ベクトルの外積(ベクトル積)と四元数

物理の授業をすると、必ずベクトルの解説をしなければならない。高等学校までは2次元平面のベクトルは習うが、3次元空間内のベクトルは習わない。次元が一つだけ増えるだけなのではあるが、高等学校で習わない、「ベクトルの外積」が登場する。 高等学校で…

29.情報量のエントロピー

第27回では、熱の科学に出てくる「エントロピー」を紹介した。状態量を W とすると、ボルツマン定数を kB として、エントロピー S は S = kB log W だった。kB × log W のこと。log は対数で、第28回で説明した。熱力学では、この量は、移動した熱量 Q …

28.対数

前回、エントロピーのところで、対数関数が出てきたので、おさらい。 まず、0 と自然数、1,2,3・・・を知っているとしよう。また、自然数を数えることはできているとしよう。自然数 a から出発して、1 を b 回数える。これは、 a + b ・・・(1) を実行し…

27.エントロピー

熱力学のさわりを、本当にほんの少しのさわりを講義する。熱力学第2法則、エントロピー増大則の説明をする。エントロピーはわかりにくい。まずは言葉から。1865年、クラウジウスが導入した概念で、ギリシャ語で変化を意味するτ(たう)ρ(ロー)ο(オミクロ…

26.質量とエネルギーの等価性、再び

前回、光の運動量が導けた。質量とエネルギーの等価性、E=mc^2 を、山本義隆氏に倣って再び導いてみよう。(c^2 は「cの2乗:c×c」のこと。以下同じ。) まず、質量 m [kg] の物体を用意し、両側から振動数 ν [1/s] の光を吸収させる。同じ振動数の光なの…

25.光の運動量

第3回では、質量とエネルギーの等価性を、大栗博さんの著書から拝借して導いた。今度は山本義隆さんの著書を読んでいたら、似てはいるが別の導き方があったので、忘れないように記しておこうと思う。 漱石の野々宮さんは光の圧力の研究をしていた。まずは、…

24.山の高さ

高校の時には沢山勉強することがあった。短期記憶はピークだったようで、色々覚えたが、すぐに忘れた。沢山のことを覚えなくて良かったのは物理と数学。 地学で岩石の名前がいっぱい出たが、もう覚えていない。必要ならば調べる。 小学6年生の子供が、山はど…

23.100分の2秒と10分の3秒

自分の子供を謙遜して言うとき、謙遜ですぅ、のときには男の子なら「愚息」と言う。出来の悪い息子ですぅのときには「豚児」なんて言い方もある。娘に関しては寡聞にして知らない。うちには息子が一人いる。誓って豚児ではない。 さて。 息子の父親はろくに…

22.呼吸と拡散

動物は酸素を吸って生きている。人間なんかは肺を発達させて、肺胞で酸素を血管に受け渡す。肺胞にある酸素濃度をC1 、血液中の酸素濃度を C2 とすると、濃度差に比例した酸素の流れ、J が生じる。比例定数を P と書いておくと、 J = P (C1 - C2 ) というこ…

21.手で掛け算

掛け算の話題が続いてしまったので、最後にもう一つ。1掛ける一から5掛ける五まで、五より小さいもの同士の掛け算を知っていた場合のこと。6掛ける4とかはちょっと除く。6以上の数同士の一桁の数の掛け算。両手を使ってやってみよう。 六以上の数同士だ…

20.10台同士の掛け算

High intelligent の大学。 理学部物理の2回生の必修科目がある。現代物理学に触れた後、自分達でテーマを見つけ、調べて纏めて発表する。 時々すごいのがある。発光ダイオードは電気を流すと光を発するのだから、逆に光を当てると発電するはずだ、と考えて…

19.2桁の掛け算、10の位は同じで、1の位を足したら10

1の位が5で終わる2桁の数字の掛け算。25×25 みたいなやつ。これは簡単にできた。13歳の証明の夏のこと。10 の位の数に 1 足したものとその数を掛けて、あとに 25 をくっつける。25 掛ける 25 だと、2 に 1 足すと 3 だから、さんにが六。6 に 25 をくっつけ…