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ブラウン運動にまつわる誤解 – Wikipedia

日本語で記された文献などにおいて、溶媒中の微粒子が不規則に動く現象であるブラウン運動を説明する際、「水中で花粉が動く」と記述されているケースがしばしばある。

from aimée-michelle

ブラウン運動という言葉を覚えていない方でも「顕微鏡で花粉を見ていたら不規則に動いていた」という発見の逸話を覚えている方もいるかもしれません。この有名な逸話が間違っているというお話です。

ブラウン運動とは溶媒中（液体でも気体でも固体でもかまわない）の微少な粒子が示す不規則な動きのことです。この運動は水などの溶媒分子の熱運動による衝突によって引き起こされているもので、1827年に発見され1905年にアインシュタインによってその原理が明らかにされたというものです。
わかりやすいイメージとしてはこんな感じ（要Java）
ブラウン運動の仕組み

しかし、花粉はブラウン運動をしないのだそうです。

かくいう私も完全に「花粉」がブラウン運動をしたところを観測したのだと勘違いしていました。実験をしてみたわけでもない、大きさのオーダーを考えてみたわけでもないのにまるっと信じ込んでいたので衝撃的でした。

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Noise Addicts ? Blog Archive ? The sound that shouldn’t be

Mari Kimura is a New York composer and virtuoso violinist whose music includes haunting low notes on the violin called “subharmonics.” …Problem is, these sounds aren’t supposed to be possible.

from mybigbro

日本人のバイオリニスト木村まりさんがサブハーモニクスと呼ばれる独特の奏法を習得していて、この奏法を用いることでバイオリンでチェロ並の低音を奏でることができるのだそうです。

バイオリンをはじめとする弦楽器は弦を振動させることで音を出すので、弦が長ければ長いほど、太ければ太いほど低い音が出るわけですね。ですから指で押さえることで弦の長さを調節して音階を作ることが可能になるわけです。ということはバイオリンで、より長い弦をもつチェロの低音を奏でることは物理的に不可能だといえそうなんですが、実際に音が出るという。これはどういうことなんでしょうか？

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幻影随想さんがオーガナイザとなって勧められている「Science For All American勝手に翻訳プロジェクト」に微力ながら参加させていただくことにしました。
このプロジェクトはScience for All Americansという本を日本語に訳そうというものです。この本はアメリカの科学教育改革プログラムにおいて作製された報告書で、科学の基本的な教養と、それを身につけるためにどうしたらよいかという指針がまとめられています。

内容はアメリカ人に向けて書かれたものですが、日本人が読んでも十分に魅力的で知識に富んだものであり、訳書が出版されていないということで翻訳してみてはどうかというsivadさんの提案から立ち上げられたプロジェクトです。

本書の内容とこれまでに翻訳された部分はScience For All Americans翻訳プロジェクトのページにまとめられています。ちなみに本書の原文はSFAA Table of Contentsで公開されています。

というわけで今回は第3章「THE NATURE OF TECHNOLOGY」の冒頭部分を翻訳しました。

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道路がでこぼこになる理由 − サイエンスニュース-ニュートン

土が露出した未舗装の車道は，洗濯板のようにでこぼこに横に波打っていることがある。このでこぼこは，車がよく通る道路でできやすいという。しかし，その理由はよくわかっていなかった。
イギリス，ケンブリッジ大学のマックェルワイン博士らは，この現象をはじめて解明した。

クルマが走行する未舗装の道路に洗濯板状のでこぼこができる原因を究明したという報告です。言葉ではピンと来ないかもしれませんが、右側の写真を見ていただけるとわかりやすいのではないかと思います。比較的よく見る様子だと思いますが、これがどのようにしてできるのかはわかっていなかったということです。そのこと自体も意外ですね。

引用した記事だけではなんのことかわかりにくいのですが、こちらのページ(Washboard Road)で著者が詳しくまとめています。これによると、実験とシミュレーションによってデコボコが形成されるメカニズムを明らかにしています。デコボコ（報告ではrippleといっています）ができる理由は車輪が上下に運動することに起因していて、タイヤ質やサスペンションの有無、砂の粒の大きさなどには依存しないことを報告しています。速度との関係も比例などの単純なものではなく、かなり広い範囲で一定の幅のrippleができることを解明しています。
単純に考えるとサスペンションが効いていたらできにくかったりしそうなもんですが、そうならないところがおもしろいと思います。

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地球のどこかに磁石ある？

ところで、磁石の北極に方位磁針を持って行くと、どうなるの。

真下を向こうとするけど、向けなくて向きが定まらないはずよ。日本でも針は、少し北側に下がって向くの。だから、Ｓ極側を少し重くするんだって。

誰もが疑問に思ったことのあることだとおもいますが、実際に試したことのある人は少ないことのひとつですね。そのことよりも何気なく書いてあった「Ｓ極側を少し重くする」というところが気になります。簡単な方位磁針にそんな工夫があるなんて。つか、なんで？

まずは北極点の話から。遙か昔に「北極点に方位磁針をおいたらぐるぐる回るんだよ。」って教わった気がするのですが、実際にはそうそう簡単な話ではないようです。

方位磁針のN極が北を向く理由は地球全体を覆うように地磁気があるためです。この地磁気は地球のコアに流れる電流に起因しています。この地磁気が北側がS極、南側がN極になっているために方位磁針がその方向に引き寄せられるというわけです。地球全体が大きな電磁石だといえるわけです。この磁石を一本の棒磁石に近似したときのN・S極をそれぞれ地磁気極と定義しています。

この極に方位磁針が向くんですよ。といえるなら簡単なのですが、そうではありません。純粋な極は先ほどの地磁気極で方位磁針は真下を向くはずですが、地球が丸いため方位磁針が真下を向く地点はまた別の所にあることになります。このような点を磁極と定義しています。

これで地磁気極と磁極が定義できました。この2点の関係から方位磁針が指す北を定義できるかというと、コレも間違いです。日本から見ると2点とも少し東にはずれたところにあるのですが、方位磁針は西側にずれた点を「北」だと指してしまいます。

これは局所的な地磁気が存在していて西側に引き寄せられてしまうためだそうです。要するに地球を覆っている磁場が均一ではないということですね。このずれを偏角と呼んで、国土地理院が発行している地図には表記されているそうです。もちろん場所によって違いますし、日々刻々とずれていくことが知られています。

さて、本題でもあった方位磁針の針の重さの話をしましょう。磁極では方位磁針が真下を向くと言ったように、方位磁針が引き寄せられる点は水平とは限りません。磁極でなくても北半球ではN極が地面に埋まる方向に、南半球ではN極が空に向かって引き寄せられます。この角度のことを伏角といいます。日本でもこれは例外ではなく、京都あたりで約50度も地面向きに引き寄せられるそうです。これを是正するためにS極側が重たくなっているというわけです。

非常に簡単な装置だと思っていた方位磁針ですが、土地によって傾き方が変わるために出荷先によって重さを調節しているなど目に見えぬ工夫が凝らされているんですね。ちょっと驚きました。
地磁気には北と南が100万年ほどの単位で入れ替わることも知られていて、地磁気逆転のシミュレーションなども行われています。非常に身近な地磁気ですがまだまだわからないことがたくさんあるようですね。

参考サイト：
磁石の北と地磁気極と磁極
地磁気
地磁気 – Wikipedia
東京工業大学ホームページ | 最近の研究成果

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