ニュートン台車(黒島明考案)
「力の相互作用を可視化する実験」
製造会社募集中

1 目的(ねらい)

  • 古来より人々は「力」に対して間違った見方や考え方をし、理科教育での重要な課題となっている。そこで、力の大きさを発光ダイオードの点灯数で表示するニュートン台車(黒島明発明・考案の教具)を量産し全国の小・中・高等学校へ提供することにしました。



2 特許公報情報 日本国特許庁(JP)

  • 公開実用新案広報(U) 平4-24778

    公開 平成4年(1992)2月27日

    考案の名称 力センサー付力学教習具

    実 願 平2-65067

    出 願 平2 (1990)6月19日

    出 願 人 黒 島  明

    沖縄県石垣市登野城268番地



実用新案登録証 (下記資料)
考案の名称 力学学習車両

3 テーマ 「力」とは何でしょう?

  • ⑴ 生徒(大人も含めて)の力の考え方

    ダンプカーと軽自動車が衝突すると、軽自動車は跳ね飛ばされるがダンプカーはびくともしないことか ら、軽自動車の押す力よりもダンプカーの押す力が大きいからだと考えがちである。

    ⑵ 現在の指導方法の問題点

    単一物体に働く力について考える静力学的手法で「力と運動」を扱っている。

    小学校3年 風の力は物を動かす、ゴムの力は物を動かす。

    小学校6年 てこの働き 支点・力点・作用点 (全て作用・反作用〈相互作用〉の片方を取り上げている)

    中学校1年 力の働き(力とばねの伸び、重さと質量の違い、力の表し方)圧力・浮力

    中学校3年 運動の規則性(力のつり合い、合力と分力、運動の速さと向き、力と運動)

    高校・大学 高校ではコースによって科学分野が違うと力学習が全くない。理科の教師を目指す学 生の力概念は中学生の状態のままである。


4 力センサー付き力学教習具(以後ニュートン台車と称する)の見える化(可視化)システムと表示例

  • (1) 可視化システム

    力→受力部(弾性ゴム+圧電素子)→制御部(レベルメーターIC)→表示部(発光ダイオード)

    (2) 力の表示例



① 同じ質量(重さ)の実験動画

② 異なる質量(重さ)の実験動画

5 現在学校で使用の力学台車とニュートン台車(黒島明考案)の相違点

6 ニュートン台車AをBに衝突させる実験に対する生徒の予想(実験1の後、実験2を行った)

実験1同質量(重さ)による衝突
実験1同質量(重さ)による衝突
実験2異なる質量(重さ)による衝突
実験2異なる質量(重さ)による衝突

7 ニュートン台車を用いた授業の前後での力に対する生徒の考え方の変容(首里中学校3年生)

  • 問 ダンプカーAと軽自動車Bが正面衝突し、軽自動車はぺしゃんこになった。このとき、両者が受ける 力の大きさはどうなっているか。



8 事前・事後の実態、感想、不思議に思ったことや新たに湧いた疑問等(首里中学校)

  •  1年女子 疑問に思ったことは、斜面から車を落とす時に、地球から引かれる力があるけど、今回の授業で 力は受けるのと加えるのでも同じ力がかかるとおそわったので、車も地球を同じ力で引っ張っ ているのかな?と考えて、よくわからなくなりました。

     3年男子 二つの物体は重さが違うのに何で受ける力は同じなんだろうなーと不思議に思った。ものすご く重い物体とものすごく軽い物体をぶつけても受ける力は同じなのか疑問に思った。



9 ニュートン台車の既存の力学台車にはない教育効果

  • (1) 見えない力の見える化(可視化)が出来る。

    (2) 2台の台車が受ける瞬間の相互作用(作用・反作用)を直接見る事が出来る。

    (3) 相互作用の大きさは2台の台車の質量の大小に無関係であることを検証出来る。

    (4) 天体の運動への理解が容易になる。



10 ニュートン台車の実績

  • (1) 平成02年06月 東レ理科教育賞佳作 受賞作品集掲載

    (2)  平成02年07月 第37回全国中学校理科教育研究大会沖縄大会授業、実践記録集掲載

    (3) 平成03年01月 啓林館「理数」 中理編 No414 1.2月特集号掲載

    (4) 平成04年02月 特許庁公報  実用新案として掲載

    (5) 平成04年03月 第40回全日本教職員発明展 入選

    (6) 平成24年11月 小録中学校でのニュートン台車による授業と実態調査

    (7) 平成24年12月 首里中学校1年生と3年生でのニュートン台車による授業と実態調査



11 製造会社募集 

  • (1) 車体部の樹脂による製造、U字型モノレール滑走台の製造

    (2) 回路のIC更新、及び基板の設計製造

    (3) 回路組み立て、センサー・車輪等組み込み、検査・調整による左右一対の台車製造



お問い合わせ先
ニュートン台車研究会 代表 黒島 明 
沖縄県うるま市みどり町3-12-19 
電話 090-4985-2076