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熱力学

エクセルギー

 系と環境との温度差から仕事を取り出すとき、系の温度が環境より高い場合も低い場合も、その温度差が大きいほど、多くの仕事が取り出せる。しかし、仕事を取り出すことのできるのは温度差だけからだけではない。系と環境との圧力差からも仕事を取り出すこと...
回転運動

回転リンク上のカーリング

 氷上のチェスと呼ばれるカーリングを一定の角速度で回転するアイスリンクの上で行ったらストーンの運動はどうなるだろうか。リンクとストーンの間に摩擦がなければ、ストーンは慣性系のなかを等速直線運動をするが、回転リンクの上から見れば、ストーンの軌...
地球物理学

地球の自転と月の公転

 先に、「秋の夜長の月物語」で、潮汐摩擦による地球と月の運動の永年変化について定性的な話をしたが、ここでは、その定量的な計算を試みてみよう。 エネルギーの移動  月が、質量Mの地球の周りの、半径rの円上を角速度ωで運動をしているとすると、運...
幾何光学

水中の物体はどのように見えるか?

底の石 動いてみゆる 清水哉   ―漱石― アメリカの物理学教科書、バークレー物理学コース第3巻「波動」の序文に引用されている漱石の俳句である。正岡子規に俳句を師事し、俳号を「漱石枕流」の故事からとったいう明治大正時代の文豪は、自ら石に漱...
幾何光学

人命救助とスネルの法則

 海水浴場の砂浜で休んでいると、斜め前方の海でこどもが溺れかけている。もはや、一刻の猶予もできない。こどもを助けるには、今いる場所から水際に向かって走り、そこから海に入り泳がなければならないが、砂浜を走る速さと泳ぐ速さは異なる。最短時間でこ...
数学

ルームウォーカー

 健康機器のルームウォーカーには、開始してからの経過時間と速度と距離が計器上に表示される。速度は使用途中でも手動ボタンを用いて変更できる。最初、ある速度に設定し、しばらく時間が経過したあと、速度を上げたとすると、距離Sの時間tに対するグラフ...
未分類

歴史にifが許されるなら

 江戸時代、日本では便所から汲み取られた糞尿が畑の近くに作られた肥溜めで有機肥料として上手に処理されていたのに比べ、当時のヨーロッパには、ほとんどトイレがなく、糞尿の処理に困り、パリのような大都市では道路に捨てられていたという。  当時のパ...
電磁気学

モーターと発電機

  ハンドゼネレーターと呼ばれる実験教材が市販されている。これを、図1のように、コンデンサーとつなぎ、そのハンドルを手で回して発電すると、コンデンサーが充電される。次に、ハンドルから手を離すと、ハンドゼネレーターは、発電機からモーターに変...
数学

くじ引きの順番

 プロ野球のドラフト会議で、複数の球団が同じ選手を一位指名した場合、その選手との交渉権を巡って、くじ引きをするが、その前にくじを引く順番をくじで決めるという。しかし、くじ引きの順番を決めるくじにどんな意味があるのだろうか。  ドラフト会議の...
熱力学

節水に学ぶ熱力学

渇水期の皿洗い  給水車から貰ってきたバケツいっぱいの貴重な水で数枚の皿を洗うにはどうすればよいだろうか。全ての皿を一度にバケツの水に漬けて洗うのは賢明な方法ではない。水を三つぐらいの容器にわけ、皿を一枚ずつ、まず、容器Aの水で洗い...
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