受験生のみなさま

おうち実験室 ~親子で発見する算数と理科 第9回:夏休み自由研究で形のふしぎを調べてみよう!

2015年08月01日

四角いブロックで構成された壁

みなさんは「形」についてもっと知りたいと思いますか? どこからか「形なんて算数の教科書の図形のことでしょ?」と言う声が聞こえてきそうです。学校でも様々な形について、面積や体積の計算の仕方などを学びます。これも時には重要なことです。

でもここでもう一度、周りにある形をながめてみましょう。本やノートは細かく言うと直方体ですが、見える面はおおよそ長方形でしょうか。えんぴつは後ろから見ると六角形だったり、自転車の車輪や車のタイヤは横から見ると円に見えます。周りには様々な形のものがあります。形にはなにか意味があるのでしょうか?

例えばノートが丸かったらどうでしょう? ランドセルには入れにくそうです。教科書とノートをとなりに並べてみても、きっとすき間があいてしまいますね。ノートは四角形だから面をすきまなくうめられるのです。
えんぴつには後ろから見て丸い形のものがあります。机に置いている時にころころと転がって落ちてしまったことはないでしょうか?円は転がりやすい形とも言えそうです。箱につめる時には後ろが六角形のえんぴつはすきまなくきっちりとつめることができます。六角形もまた面を隙間なくうめられる形の一つです。
自転車の車輪や車のタイヤが四角形や三角形だったら大変です! がたごととゆれて乗り心地が悪そうです。形が違うということは、面積や体積の出し方が違うということだけではなさそうです。

さて、ここで形の違いについて調べてみましょう。形の違いによって重いものを乗せるのに向いている形かどうかを調べてみたいと思います。

<準備するもの>

工作用紙

・工作用紙     2~3枚ほど
・はさみ
・セロハンテープ
・カッターナイフ
・定規
・図鑑       5冊

1.ルール
工作用紙半分を使って5冊の図鑑を15cm持ち上げることができる形を考えてみましょう。

2.形を作ってみよう

それぞれの形にした工作用紙

ここでは、四角柱、三角柱、六角柱、円柱を作ってみます。これらの形は横から見るとすべて長方形に見えますが、底面は四角形、三角形、六角形、円になっています。
これら以外の形もぜひ調べてみて下さいね。工作用紙は折りにくいので、角を作る場合はカッターナイフと定規を使って少し切れ込みを入れておくと折りやすくなります。カッターナイフは家の人の許可をもらって使って下さい。


3.実験してみよう
図鑑を1冊ずつそっと乗せていきます。

・四角柱
四角柱は3冊乗せたところでゆがんで図鑑が落ちてしまいました。上から見ると角はそのままでしたが辺は曲がっていました。角は強そうですが辺は弱いようです。
ゆがんでしまった四角柱
・三角柱
なんとか5冊乗せることができましたが、側面の部分がふくらんでさらに何冊が乗せるとつぶれてしまいそうでした。

・六角柱
5冊乗せてもまだ乗せられそうでした。四角柱や三角柱と比べると角が多くなり強くなったのかもしれません。

・円柱
角がないので弱そうだと思う人もいるかもしれませんが、ぜひ実験で確かめて下さい。5冊を乗せてもまだ乗せられそうでした。角と辺がないため、力が全ての方向に等しくかかっているようです。
図鑑を乗せた円柱
4.形のふしぎ
上から大きな力がかかった場合、弱いところが先にくずれたりこわれたりしてしまいます。その点円ではすべての方向に同じように力がかかっているようでした。
ところが円はとなりどうしにいくつか並べてもすき間ができてしまいます。たくさん並べる必要がある場合には他の形の方が都合が良さそうです。例えば六角柱だとうまく並べることができます。これははちの巣に似ているのでハニカム(はちの巣)と呼ばれる形で、軽くてじょうぶな形のため様々なところで使われています。
ハニカム
工作と実験を通して形のふしぎを感じてもらえたでしょうか? ここでは図鑑5冊までの実験でしたが、さらに何冊まで乗せられるかを調べると形の違いがもっとわかります。また4種類の形以外にも、ほかの形や組み合わせた形も調べてみると新しい発見があるかもしれません。夏休みにぜひためしてみて下さいね。



[中牟田 宴子]


中牟田 宴子

■プロフィール 中牟田宴子


家庭教育研究家。
九州大学卒業。大学では認知心理学を専攻。高2と中3の男の子の母。

なかむたやすこ ●大学卒業後は大手メーカーでシステムエンジニアとしてプログラムの設計と開発を担当する。その後育児期間を経て現在は、認知心理学を基に数学と科学などのつながりを学べる「算数・数学塾」を企画運営しながら家庭教育を研究。子どもたちが不思議なものに出会って驚いたり感動したりする瞬間に立ち会えるのが幸せ。
2012年より東京大学大学院工学系研究科で工学教育にも関わっている。
2008年に立ち上げたNPO法人センス・オブ・ワンダーの代表も務め、東京大学工学部や研究機関と共に子どものためのサイエンスカフェなどを企画開催。

NPO法人センス・オブ・ワンダーのブログ
http://sense-of-wonder-2008.cocolog-nifty.com/blog/

子供と学ぶ家庭教育のススメ~家庭教育研究所 家庭で伸ばす子供の才能~
http://homeeducation.cocolog-nifty.com/blog/
「算数・数学塾」の企画・運営の中で発見したことや、二児の母として子どもを育てる上で実践してきた家庭学習のヒントとその成果などをつづったブログです。

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