理科自由研究のヒント（１）　教科書の内容を参考にしよう
教科書では、いろいろな観察や実験をします。それを参考にして、さらに詳しく実験したり観察したりしてみましょう。

3年生「風やゴムのはたらき」の応用した実験のヒント
3年生理科では、風やゴムの力で物を動かすことができることを学習しました。今回は、ゴムを使って、車の動きについて、さらに発展的に実験してみます。しかし、かなりレベルアップした内容で考えます。次に述べる内容は、実験を行うための考え方を示したでけですので、実際の実験内容や方法は、自分で考える必要があります。あくまでも、ヒントです。内容的には、3年生では難しいです。かなり高度ですので、高学年向きです。車に関心があり、自分でモーターを使って組み立てたりすることが好きな人なら、挑戦できるでしょう。

1　実験の目的と意義について

　　輪ゴムを動力として使い、できるだけ長時間走る車を作ることがねらいです。つまり、本物の車でいえば、燃費の良い車の開発ということです。動力は輪ゴムを使用するので、この実験は、単に車の動きだけでなく、いろいろな面で役立つ考え方を導き出すことに結びつくでしょう。

2　使うもの

• 輪ゴム（たくさん用意する）
• その他、車作成に必要と思われる部品。ギアボックスなどは、ネットで調べてみましょう。

3　ゴムの力を車の回転につなげるエンジン開発

車のエンジンには、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ロータリーエンジン等があり、さらに、電気自動車やハイブリッドカーなどのモーターで動く車など、いろいろな種類があります。まずは、エンジンをどのようにするかを考えます。とりあえず、輪ゴムを動力として使い、次の2種類でやってみます。

1.エンジン開発（1）　ゴムの「よじれ」が戻る力を利用するエンジン

• これは、プロペラ飛行機で利用されています。プロペラ飛行機のゴムは、長いゴムを何本か束ねてプロペラの軸に直接とりつけます。そして、プロペラを逆回転させ、ゴムをよじるわけです。何回ゴムをよじることができるかで、飛行機の飛ぶ距離がきまります。ゴムのよじれが戻る力を利用してプロペラを回転させるわけですから、よじった回数とプロペラの回転数は同じになるからです。
• さて、飛行機の場合は、ゴムのよじれとプロペラの回転の関係上、直接とりつけができますが、車の場合、回転の向きを90度変換しなければなりません。つまり、ギヤを使用することになります。また、車の回転数とゴム動力の軸の回転数の比率をどの程度にしたらよいかも問題です。この辺のところがこの実験のポイントとなります。

2.エンジン開発（2）　ゴムの「のび」が戻る力を利用するエンジン

• 飛行機でいえば、ゴムをひっぱって飛ばす紙飛行機です。単純に、ゴムの「のび」が戻るのを利用して飛行機を飛ばすわけです。
• ゴムののびが戻るのは一瞬です。これを、長時間動かし車の動力として考えるわけですから、難しいです。もうひとつ、（1）は、ゴムを飛行機本体に取り付けてありますが、この飛行機の場合は、ゴムは飛行機本体からは離れています。これを、車本体に取り付けて車を動かす仕組みを考えます。
• しかも、ゴムは、できるだけ長い方が良いという考えは当然、思いつくわけですが、極端な話、何メートルもの長さにしては、車の内部に取り付ける動力としては、適さないわけです。ですから、単純にゴムの「のび」の戻る力を直接的に車の回転に伝わるような構造ではなく、別な発想で、何かアイデアを考えるべきです。この辺のところが、この実験のポイントです。
• 例えば、ゴムは、1本でなく、5本使うとしましょう。すなわち、伸ばしたゴムは、5回分戻ります。その5回が、とぎれず、連続した力となるよう、仕組みを考えるのです。そのスムーズなリレーの仕組みがポイントでしょう。

4　車の構造とデザイン

エンジン開発の構想が出来上がったら、同時に車の構造でデザインを考えます。これは、エンジンがエンジンだけに、常識的な車の形ではなくなります。どんなデザインになるか楽しみです。

ヒントは、ここまでです。あとは、研究者の力です。

 

生活の中で風やゴムを利用しているものを考え、風の力で動く車を作り、風の力を変えて、車の動きを調べた。また、ゴムの力で動く車を作り、車の動きを調べたり、決めた場所で止まるように工夫したりした。