当たり前だけど不思議なこと！理科・科学編

当たり前だけど不思議なこと

なぜ電車は人を乗せて走れるの？当たり前だけど不思議

電車が人を乗せて走るのは、電力を動力とするエンジンと、電車の設計によるものです。

以上のように、電車のエンジン、設計、軌道、制動システムなどがうまく連携し、電車が大量の乗客を乗せて走ることを可能にしています。

ヘリコプターはなぜ空中でとまれるの？当たり前だけど不思議

ヘリコプターが空中で静止できるのは、プロペラの動きによるものです。ヘリコプターのおプロペラは、エンジンによって常に回転しています。プロペラの回転によって下方向へ空気を押し出し、その反作用でヘリコプター自体が上昇し、空中で止まれます。

一方、飛行機は翼とエンジンによる前進推力を利用して飛ぶため、一定以上の速度がなければ空中を飛ぶことはできません。翼が風を切ることで生じる揚力が飛行機を上昇させ、空中で浮かび続けることを可能にします。そのため、飛行機は空中で静止することができません。

パトカーのランプはなぜ赤いの？当たり前だけど不思議

パトカーのランプが赤色である理由は、赤色が遠くまで見えやすく、また緊急を伝える色として広く認識されているからです。

視覚的な目立ちやすさ

色の波長は赤が一番長く、これにより赤色の光は他の色より遠くまで届きます。さらに、人間の眼は赤色に対して高い感度を持つため、赤色の光は遠くからでも明瞭に見えます。また、赤色は夜間や霧などの悪天候下でも見やすい色です。

緊急を示す象徴

文化的にも赤は注意や警告を示す色として使用されてきました。信号機でも赤は「停止」を意味し、緊急を伝える色として広く認識されています。

したがって、パトカーのランプが赤色であるのは、遠くまで明瞭に見え、人々に緊急性を伝えるためです。

なお、警察車両のランプの色は国や地域によって異なります。例えば、アメリカでは赤と青のランプが一般的で、一部地域では青や白のランプも使用されます。これらの色もまた、遠くからでも目立つ色であり、警告や緊急を示す色として広く認識されています。

電車のレールの下にはなぜ砂利があるの？当たり前だけど不思議

電車のレールの下に砂利が敷かれている理由は主に以下の4つです：

荷重分散

砂利は電車の重さを均一に分散し、地盤を保護します。電車は非常に重いため、その重量が地盤に直接伝わると地盤沈下を引き起こす可能性があります。しかし、砂利を挟むことで電車の重さを広範囲に分散させ、地盤を保護します。

安定性確保

砂利は、レールと枕木（レールを支えるための木製またはコンクリート製の部材）の位置を安定させます。砕石は圧縮すると固まり、安定した状態を保つために役立ちます。

水分排出

砂利は、雨水や雪解け水を排出する役割も果たします。これにより、レールや枕木の腐敗を防ぎ、さらには地盤の水分バランスを保つことができます。

雑草防止

砂利は草や雑草の生育を防ぎ、安全性を確保します。

以上の理由から、電車のレールの下には砂利が敷かれています。

船はなぜ沈まないの？当たり前だけど不思議

船が沈まない理由は物理学の原理、特に「アルキメデスの原理」によります。

アルキメデスの原理とは、「液体に部分的もしくは完全に浸かった物体には、その物体が押しのけた液体の重さと等しい浮力が働く」という原理です。

つまり、船が水に浮かんでいるとき、船が押しのける水の体積によって生じる浮力が、船の重さと釣り合っています。船が重ければ重いほどより多くの水を押しのけ、したがってより大きな浮力が発生します。船の形状は大量の水を押しのけるように設計されているため、船は水上に浮くことができます。

しかし、船の内部に水が入り、船の重量が浮力を超えたとき、船は沈みます。例えば穴が開いたり、船が大きく傾いたりした場合などに起こります。

カイロはなぜあったかくなるの？当たり前だけど不思議

カイロが暖かく感じられる理由は、熱を発生させる化学反応を利用しているからです。カイロの内部には鉄粉、塩、活性炭、バーミキュライト（鉱石）などの成分が含まれています。

カイロの封を空けて揉むと中身の成分と空気が混ざり合い、化学反応が始まります。鉄粉が酸化する過程で大量の熱を発生させ、温かくなります。

ラップはなぜくっつくの？当たり前だけど不思議

ラップがくっつくのは、物質特性と静電気の影響によるものです。

ラップ（特にクリングフィルムやプラスチックラップと呼ばれるもの）は、ポリエチレンと呼ばれる特殊なプラスチックから作られています。ポリエチレンは、非常に柔軟性があり、少量の圧力を加えるだけで他の表面に密着します。これにより、ラップが食器や他のラップと容易にくっつくことができます。

また、ラップが他の物体にくっつくもう1つの重要な要素は静電気です。ラップを取り出したり、使用したりするときに、ラップ自体が帯電し、電気的に他の物体に引き付けられます。この静電気の影響により、ラップは食品や容器、さらには自身に対して強くくっつく傾向があります。

自動販売機はなぜお金の種類がわかるの？当たり前だけど不思議

自動販売機がお金を識別できるのは、センサーを使ってそれぞれの通貨の特性を測定しているからです。以下に詳細を説明します。

サイズと重さ

自動販売機には、投入された硬貨や紙幣の大きさと重さをチェックするセンサーがあります。大きさや重さは通貨ごとに異なるため、自動販売機はこの情報を利用して特定の通貨を識別します。

磁気特性

一部の硬貨は磁性を持っており、その磁気特性によって識別されます。

光学センサー

紙幣は特殊な印刷やパターンを持っています。これらは光学センサーで読み取られ、紙幣の額面を判断します。

赤外線検出

紙幣には可視光では見えない特殊なインクやパターンがあり、これは赤外線検出器によって検出されます。

レーザーまたは電磁波

これらのセンサーは硬貨の表面の詳細な特性や紙幣の特殊なセキュリティ特徴（例えば、RFIDチップやホログラム）を検出します。

以上のような方法により、自動販売機は投入されたお金の種類を正確に識別できます。

色鉛筆はなぜ消しゴムで消しにくいの？当たり前だけど不思議

色鉛筆が普通の鉛筆に比べて消しゴムで消しにくいのは、それぞれの材質と塗布方法の違いによるものです。

普通の鉛筆の”芯”は、主に黒鉛（または鉛筆芯とも呼ばれるグラファイト）と粘土で作られています。鉛筆で書くと、黒鉛が紙の表面に残り、これが文字や線として見えます。消しゴムを使うと、黒鉛は比較的簡単に紙から剥がすことができます。

しかし、色鉛筆は異なります。色鉛筆の”芯”は、着色剤（通常は顔料または染料）、バインダー（通常はワックスまたはオイル）、フィラー（顔料やバインダーの量を増やすための材料）で作られています。色鉛筆で紙に線を描くと、バインダーが紙にしっかりと付着し、顔料を紙に固定します。

特にワックスベースの色鉛筆は、ワックスが紙の表面にしっかりと定着し、顔料を紙に固定するため、通常の消しゴムでは容易に消すことができません。また、紙の表面に色鉛筆の顔料が浸透してしまうと、更に消しにくくなります。

以上の理由から、色鉛筆で描いた線や色は消しゴムで消しにくいのです。

トイレットぺーはなぜ水にとけるの？当たり前だけど不思議

トイレットペーパーが水に溶けるのは、その設計と製造過程によるものです。

トイレットペーパーは通常、リサイクル可能な短い繊維（パルプ）から作られます。これらの繊維は他の紙製品（例えば印刷用紙やカードストック）に比べて相対的に短く、また結合力が弱いです。そのため、水分が加わると、繊維間の結合が容易に解け、紙が分解しやすくなります。

さらに、トイレットペーパーは水に触れるとすぐに分解するように設計されています。これは、使用後のトイレットペーパーがトイレや下水道を詰まらせることなく処理されるようにするためです。トイレットペーパーが水に触れると瞬時に溶け、下水道システムを通過しやすくなるからです。

以上の理由から、トイレットペーパーは、水に触れると短い繊維がすぐに分解して溶けるようになっているのです。

人工衛星はなぜ落ちないの？当たり前だけど不思議

衛星が地球に落ちない理由は、衛星が地球を周回する速度（公転速度）と、地球の重力がバランスを保っているからです。このバランスを理解するためには、「軌道」について理解が必要です。

衛星が地球の周りを公転する軌道は、一見すると安定しているように見えますが、実は衛星は常に地球に向かって落ちています。しかし、その一方で衛星は水平方向にも高速で移動しています。

衛星が地球に向かって落ちる間に地球自身も太陽を中心に回っており、衛星は地表を「見逃す」形になります。この状態が続けば、衛星は地球の周りを続けて周回します。

例えば、ある人が山の頂上から石を転がすとします。その石は速度が遅ければ山を下っていきますが、もし十分な速度で転がされたら、石は山から飛び出して遠くへ飛んでいくでしょう。さらに、もし十分な速度で石を投げたら、石は地球の曲率を越えて飛び続け、山の頂上に戻ってくることさえあります。これがまさに衛星の動きと同じです。

衛星は地球の重力により常に地球に向かって引き付けられているものの、公転速度が十分に高いために地表を「見逃し」、地球の周りを周回し続けることができるのです。これが衛星が地球に落ちない理由です。

潜水艦はなぜ浮かずに潜れるの？当たり前だけど不思議

潜水艦は、バラストタンクという装置によって浮力と重力を制御しているため、水中を自由に上下移動できます。

バラストタンクは潜水艦の内部に存在する大きな空洞で、水を入れることで潜水艦の全体的な密度を増加させ、水を排出することで密度を減少させます。密度が水の密度より高くなると潜水艦は沈み、密度が水の密度より低くなると潜水艦は浮上します。

潜水艦が潜行を開始するとき、バラストタンクに海水が送り込まれ、潜水艦の全体的な密度が増加します。この結果、重力が浮力を上回り、潜水艦は沈み始めます。一方、浮上するときには、高圧の空気がバラストタンクに送り込まれ、水が排出され、潜水艦の全体的な密度が減少します。これにより浮力が重力を上回り、潜水艦は浮上します。

また、潜水艦は深度を微調整するために、「トリムタンク」という別のタンクも使います。トリムタンクは水や空気を移動させることで、潜水艦の重心を微調整し、所望の深度や姿勢を保つことができます。

これらの仕組みにより、潜水艦は水中を自由に浮上したり、潜行したりすることが可能となっています。