東京理科大学「宇宙教育プログラム」

落下実験宇宙教育教材　2024/03/22

宇宙教育プログラムの受講生が、2023年8月31日から9月1日の2日間にわたり、東京理科大学野田キャンパスにおいて合宿形式で落下実験を行い、中学校や高校の授業等で活用できるような宇宙教育教材を作成しました。

落下実験とは、野田キャンパスの講義棟の吹き抜け構造を利用して、高層階から実験装置（内寸長さ370mm×幅270mm×深さ270mmの段ボール箱に収容できるサイズ）を約1秒間落下させる実験です。物体を自由落下させると、地上での重力に比べて小さな微小重力環境を作ることができます。受講生に対するミッションは、微小重力環境下での宇宙教育教材を提案することでした。

受講生はμ1班からμ5班までの5つのチームに分かれて、本学教員およびメンターの指導の下、ミッションデザイン、システム設計、装置開発、実践、データ解析、成果発表に至る流れを遂行しました。このうち、μ1班、μ2班、μ4班の成果スライドおよび実験動画を公開いたします。

受講生・メンターの作成した教材であることを考慮に入れたうえで、先生方が教える際の教材として活用していただいたり、中学生や高校生が探究活動を行う際のテーマ探しの参考にしていただけると幸いです。

　各班のテーマは次の通りです。

班

概要

キーワード

宇宙教育教材

全班共通

前提条件となる微小重力落下実験の概要について

ー

説明資料：教材活用のための微小重力実験概要.ppt

動画資料：落下実験の様子.mp4

μ1班

重力の変化を見てみよう

（斜方投射）

　ボールは投げると曲がった軌跡を描きます。このときボールは重力により、放物線と呼ばれる軌跡を取ります。そこで、この重力が弱くなるとどのような変化が起きるのか、私たちは落下する箱の中でボールを放つ実験を通して検証しました。

　落下実験の結果から、ボールの軌跡は重力が弱まるに従って、直線に近い形をとることが分かりました。

【高校・物理】

・斜方投射、自由落下、モンキーハント

【中学・理科】

・力、力のはたらき、物体の運動、エネルギー、重力

【中学・数学】

・二次関数

説明資料：mu1_重力の変化を見てみよう.ppt

動画素材：mu1-1_発射機構_正面.mp4

動画素材：mu1-2_地上実験.mp4

動画素材：mu1-3_落下実験.mp4

動画素材：mu1-4_追加実験.mp4

μ2班

5種類の素材の違いから見るパラシュート実験

　パラシュート生地の特性がパラシュート全体の性能に及ぼす影響を明らかにするため、異なる5種類の生地と加速度センサを搭載した機体を用いて、計21回の落下実験を実施しました。そして、収集した加速度の時間変化や、目標地点からの落下距離を分析しました。生地の評価は、着地衝撃、目標領域、開傘速度、開傘衝撃、降下安定性、降下時間の6つの指標で行いました。

【高校・物理】

・落下運動、速度、空気抵抗、終端速度

【中学・理科】

・力、力のはたらき、物体の運動、エネルギー、重力

【その他】

・素材、形状

説明資料：mu2_５種類の素材の違いから見るパラシュート実験_公開用ppt

動画素材：ガーゼ.mp4

動画素材：コスチュームサテン.mp4

動画素材：コスチュームベロア.mp4

動画素材：ゴミ袋.mp4

動画素材：リップストップナイロン.mp4