加速するコマ「永久ゴマ」本当に永久に回るのか?


電磁石が永久磁石の磁力コントロールする魅惑の玩具
"永久ゴマ"

永久ゴマを観察しよう

永久ゴマ


このコマを軽く回します。
少し回す力が弱かったのか、黒い台の上でよろよろと回っています。
「もう一度」と思った瞬間、なんとみるみる加速して回りだすではないですか!

まさに、科学の力だと思います。
そして、さらに安定するように回っています。永久に回るかのような勢いです。

もちろんこの科学玩具には秘密があります。
一番弱い場所は、すり鉢状になった台の中心です。
事実、それをさけるように小さな突起が中央にあります。

この原理の謎解きをするのは、あなたです。
この科学玩具に挑戦しますか?

なぜ回り続けるのか?

なぜ回り続けるのか?

コマをまわすステージとなる黒いボックスの上部表面は、中央に向かってなだらかな角度のあるすり鉢状になっている。
ど真ん中に「ポツン」とした突起があるため、コマは完全な中心には行けない工夫がされている。
さらに、中心から少しあけて棒状の突起が外側に8mmほど伸びている。


コマは同じものが、2ヶ付属されている。持って見るとプラスチック製の割には重さ(重心)を感じる。
裏面には、中央のコマの支点を避けるように、ドーナッツ型の金属が付いている。クリップを近づけると、ぴったりと引き寄せられるので「固定磁石」であることがわかる。

永久ゴマ

永久ゴマ

そこで疑問が、
磁石は「N」と「S」極が、必然的な方向性を生む。
ということは、裏返して表面上見える側が、たとえば「N」として、本体に接着した側が「S」とすると、このステージでコマは回るのか?

という疑問が・・・。

ということは、推測ドーナッツの半径づつが「N」と「S」とすると、「引いて、離れて」の繰り返しが起きるのではないか?


絵で書くとこんな感じである。
右と左に極性を持たせる「円形」の磁石があれば・・・
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永久ゴマは磁石内蔵?


磁石にくっつけてみる

実際に磁石をくっつけてみると!

案の定そうだった!!!

S磁石を円盤周囲に当ててみると離れるところとくっつくところがあった!!逆にN極も同じ円盤の中にあった。

ブラックボックスをのぞく!

ステージとなっているこのブラックボックスを開けると、鉄心とボビンケースに幾重にも巻かれたワイヤーが一番先に目に入る。
積層電池を入れるボックスも設定されている。

コイルが巻かれているので、電磁石があることはすぐわかる。
このコイルは、配線の出口の端子から二重に巻いてあるようだ。
これで、コマをまわすと、まず起電力がおこり電流が流れる。
そこで、トランジスターで増幅してから、もう一方のコイルに受け渡す。
ファラデーの法則というらしい。
これが、コマが回るという繰り返しであると推測する。

ブラックボックスをのぞく!

ブラックボックスをのぞく!

乾電池の電圧はこの電磁石のパワーを保つのに必要なので、その出力の低下とともに、コマの回転パワーも落ちてくる。(逆に電池を取り替えたときはパワーがあるのでコマが飛び出していることがある)
そういう意味では「永久ゴマ」という商品名は偽りありかもしれない。

パワーが低下したときに、コマはすり鉢状のステージの中心で回るようになってくる。
そこで、中心の突起が役に立ってくる。
コマが電磁石の鉄心の中心に来ると、コマに反発が起きなくなり止まりやすくなる。突起があるお陰で中心には行かないのである。

モーターの原理や電磁誘導などの発見などにちなんで、電気容量のことをファラッド(F)という単位ができました。意外にも玩具の中から、原理とその応用を知ることができますね。

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加速するコマ「永久ゴマ」本当に永久に回るのか?
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加速するコマ「永久ゴマ」本当に永久に回るのか?

関連カテゴリ:
科学玩具 電磁気おもちゃ

この仕組みのコマはパレット(台座)の中でまわすと永久にまわり続けます。

なぜ回り続けるのか?その仕組みが知りたいと思いませんか?
この構造はリニアモーターカーと同じ。

※推測:
コマについた「永久磁石」を回す事により、「誘導電流」で磁界をうち消そうとする。
パレットの中では、電流を流されたコイルが「渦電流(ループ電流)」を発生させている。このときこのコイルは電磁石となっている。
この作用の連続によってまわり続けている。

 

▼こちらは永久ゴマではありませんがかなり精密なコマです。ステンレスを削り出して作られたコマはかなり長く回り続ける。これは必見。

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