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まんがサイエンス〈7〉「見る」科学 [自然科学]

2001年に発行された、マンガで先端科学を解説する本のシリーズ。
元は「5年の科学」「6年の科学」で連載されていた。
「あさりよしとお」が描いている。
レギュラーキャラは「よしお」くん、「まなぶ」くん、女の子は「あさり」ちゃん「あやめ」ちゃん。
なぜか女子がボケ担当で男子がツッコミというか常識キャラ。

巻頭写真は、すばる望遠鏡。星の誕生と最後。
電子顕微鏡の写真、カメラの写真。

☆「見る」科学
1 テレビ1本「線」勝負!
解説は、テレビの精霊、アノード、グリッド、カソートの宇宙服みたいなレオタード着た3姉妹
登場するときはブラウン管からでてくる。科学まんがだって突っ込まれていた。

人間の目は連続した写真や絵をみせられると動いていると認識してしまう。これを利用したのは映画やアニメーション。
テレビの画面を拡大すると赤・青・緑の四角いブロックの集まりである。
この3色の光の組合せで画面を作っている。本のカラー印刷も同じようにして絵をみせている。
テレビ局にあるカメラの中には「撮像管」という光を電気信号に変えるための装置が入っている。
レンズを通して光電面に映った絵では、明るい部分ほど、電気が発生して、それを電子ビームではしからぬりつぶすように読み取っていく。
1枚の絵を短冊のように細く切り離して、1本のヒモにしてテレビ局から送り出す。
テレビは電子銃で画面に書き込んでいく。
テレビは30分の1秒に1枚水平に525本の光の線をかいて画面をつくっていた。
セーターをほどいて編むのに似ている。
ライトを振ると光の線がみえるのにも似ている。
テレビ画面を写真にとると、ブラウン管の場合は線が入るが、それは1枚かいて次の1枚をかくまでの隙間の画面。
インターレス方式は60分の1秒ずつ半分に分けて絵をかいて、より早く画面をいれかえて画面のちらつきをなくす方式。
ノン・インターレス方式「クリアビジョン」機械でスキマ部分を埋める方法。
ハイビジョン方式は、絵を描く線=走査線を倍に増やして1125本にした方式。

2 ビデオななめ回転のひみつ
解説はビデオの専門家、美出尾平太。頭がビデオカセット。
磁気テープに記録する方法は、音の場合、音色の強さは電気信号の波形に変化させられて、その強弱がテープに書き込まれる。再生するときは、磁気をもう一度電気に変えて読みだす。
絵も書き込むと情報量が多くなるので、テープを早く動かせばいい。
ビデオテープに必要なスピードは1秒間に5.8m。テープの長さは200mなので普通に考えると40秒しか記録できない。でも実際は2-3時間記録できる。
その秘密は機械の中に2個のヘッドが逆向きにとりつけられていて、押し当てられたテープに回転しながら交互に信号を書いていくこと。
高速ではいsる細いテープをコマ切れにして斜めにびっしりはりあわせて幅のある1本のテープにしてるようなもの。これでテープをゆっくり走らせることができる。
これはテレビの仕組みと似ていて、ビデオも信号60本で1秒になるようにできている。
この約束のお蔭で別の機器で再生しても画面がみれる。(この解説はテレビ3姉妹が登場)
回転ヘッドを使ってテープにななめに高速の信号をかきこんでいくのがヘルカル・スキャン方式。
この方法を使うので音楽テープよりたくさんの情報を書き込むことができる。
8ミリやDV、DAT、デジタルマイクロテープもヘリカル・スキャン方式を使っている。
DATはこのおかげでCDより音がいい。

3 大きくはっきり見るために-顕微鏡-
解説は300年前の人類初の微生物を見た顕微鏡。ハエタタキみたいな形で針の先にみたいものをつけて1枚のレンズで見ていた。
ふつうの顕微鏡が1,500倍までしかないのは、人間の目のせい。人間の目は光の反射をとらえるが、光は波で、自分の波より小さいものはうまく反射できないから。
波長の短い光をあてれば反射はするが、人間の目は波長の短い光は見えない。
だから光の波長より小さいものはいくら拡大しても人間の目にはボケボケにしか見えない。
電子顕微鏡は光の代わりに電子を使う。電子銃で光をあててレンズの働きをする磁石を通して蛍光板やフィルムに像を映すのはテレビと同じ。
電子顕微鏡は100万倍から150万倍くらいに拡大できる。
操作型トンネル顕微鏡は、とても細い針の先で見たいものをなぞってその形を知ることができる。見分けられるのは1億分の5ミリ、倍率だと1千倍。
操作型電子顕微鏡は電子の反射をとらえるので倍率は80万倍だがリアルな絵としてみることができる。

4 よく見えるのはどっちの望遠鏡?
解説は宇宙観測の平和を守るパトロールのレンズマン。頭がレンズ。
屈折望遠鏡と反射望遠鏡の違い。
屈折望遠鏡は光をレンズで集める。広い範囲がきれいにみられる。ただ光の屈折率は色によってちがうのを修正するためレンズが高い。
反射望遠鏡は光を凹面鏡で集める。縁のほうはゆがんでしまう。
どちらも集めた光の焦点を接眼鏡(アイピース)という拡大鏡(ルーペ)で覗いているのは同じ。
焦点にフィルムを置くと写真が写る。
よく見えるためにはレンズや鏡が正確に磨かれていること、取り付けが正確であることが大切。
望遠鏡の倍率はA=望遠鏡の焦点距離、B=アイピースの焦点距離とするとA÷Bが倍率となる。
望遠鏡の倍率はその口径できまってしまう。口径の25倍が倍率の限界。それ以上拡大しても見分けられなくなる。光もたりないので画面が暗くなる。
一番きれいに見える倍率は口径×10倍くらい。
ユラユラして見えにくいときは、台がぐらついているか、地球の大気の揺れが考えられる。
光が空気をとおるとき空気がゆるれと光もゆれてしまう、これをシンチレーションと呼ぶ。
このゆれは口径が大きい望遠鏡ほど大きい。

5 「すばる」世界一の望遠鏡
解説は引き続きレンズマン。
この当時の世界最高性能の望遠鏡としてハワイ島マウナケア山の「すばる望遠鏡」が紹介されていた。
標高は4200mで富士山より高い。雲がないし、空気がうすいので、空気による光の乱れが少なくなる。
人間には過酷な環境なので望遠鏡はリモートコントロールで動かしている。
すばる望遠鏡は口径8.2mで一枚鏡では当時の世界最大。
鏡を大きくすると重さでわれてしまったりたわんでしまったりするので、あまり大きくできない。
すばるでは反射鏡の裏側から261本のアクチュエーターという棒でささえてたわみを修正している。
こういった大型望遠鏡はすべて反射望遠鏡だが、理由は1面だけを磨けばいいとか、裏側から重さをささえられるとか、星にあわせて望遠鏡を動かすときも重たい鏡が下における反射式のほうが有利だから。
鏡が大きいほど空気の揺れはおおきくなるが、自分自身が揺れて空気の揺れをうちけしている、さらにドームを風がすり抜けやすく設計して風の渦による空気の揺れを防ぐ、かげろうが出ないように機械の熱を吸い取って外に捨てるシステムもある。
ちなみにハッブル宇宙望遠鏡は空気のないところで観測できるよう、うちあげられた。
こうして観測されたデータで宇宙が膨張していることなどがわかって、科学法則が修正されてきたのである。
ところでハワイなので女の子たちは水着でした。寒いね。

6 -双眼鏡-ひみつのプリズム
解説はシルクハットのソーガン卿と親戚のボーエン卿。
双眼鏡は目で見たままなのに、望遠鏡は上下左右がさかさま。
これは望遠鏡のレンズが光を集める凸レンズだから。
凸レンズは逆に光を広げる。
レンズが光を曲げられるのは、ガラスには光を曲げる性質があり、光の入ってくる角度によってその曲げられ方は変わってくる性質をりようしているから。
曲げられた光を焦点にあつめるが、そのままのぞいても見えない。もう一つの凸レンズで覗くとさかさまに大きく映った像がみえる。これが望遠鏡。
最初はさかさまにならないように凸レンズと凹レンズの組み合わせにしていたが、実用になるのは2-5倍で、それ以上になると見える範囲が狭くなるので、今の望遠鏡の方法が採用された。
これはオペラグラスとよがれる2-3倍の双眼鏡でつかわれている。
普通の双眼鏡は望遠鏡と同じ凹レンズの組み合わせをつかっているが、像をもとに戻すのにガラスの塊をいれている。
光の屈折は入るときだけでなく出るときにもおこる。ある角度から光は外にでれなくなり反射してしまう。これは身近な例として水槽が鏡のようにみえたり、市中の防水時計が反射で読めなくなったりするのと同じ。
このようにガラスの塊で像を戻しているのをプリズム式双眼鏡と呼ぶ。
プリズムのタイプでいろんな双眼鏡がある。
鏡ではなくプリズムを使うのは、鏡が少しではあるが光を吸収してしまうのと角度をきめて組み立てるのが鏡は難しいから。また、同じ面で光を吸収したり反射したりするのは鏡ではできない。プリズムでは内部を光がいろんな方向へ反射したり通ったりしているのだ。
ライフルのスコープは、凸レンズ3枚で像をもとに戻しているが、全体が長くなりすぎるという欠点がある。
双眼鏡の設計は100年前に生まれてからほとんど変わっていない。

7 レンズ付フィルムってAFカメラ?
解説は頭にレンズがいっぱいついているカメラの妖精のお姉さん。カメラ・オブ・スキュラ。
AFカメラはレンズを前後に動かして焦点をあわせている。
使い捨てカメラはレンズを小さくすることで絞りを小さくしたのと同じことをしている。
絞りを小さくすると焦点の位置は広くなる。でも、撮りたいものだけに焦点を絞った写真はとれない。
カメラは「しぼり」と「シャッタースピード」でいろんな撮り方ができる。そのためには正確なピント合わせが必要だが、それを自動でやってくれるのがAFカメラ。

8電子の目でピントをチェック AFのしくみ
解説は引き続き、カメラ・オブ・スキュラ。
カメラがピントを合わせる仕組み。
距離計(レンジファインダー)カメラはカメラの上に距離計がのっていてそれでピントを合わせる。
距離計とは二つの窓から1つものものをみることで距離を測る装置。
一眼レフカメラは、レンズから入った光を鏡で曲げてスクリーンに映してそれを見ながらピントを確認する。とる瞬間は鏡をどける。
AFカメラからは赤外線がでてその反射で距離を測っている。光をレンズを通してあつめ、光の開き方で前に動かすか後ろに動かすかをきめている。このセンサーが横向きなので横シマのものはピントがあわせにくい。これを回避するにはカメラを一度縦にしてピントを合わせるといい。
撮りたいものが遠すぎてAFの光が戻ってこない場合は、センサー部分で像を二つにわけてピントを合わせている。
こうしてAFカメラは気軽に写真をとれるようにしているのだ。

☆飛んでる地球!-公転-
解説は地球の専門家Mrブルー
しし座流星群の場合、秒速40キロくらいで飛んでいる流星のもとに秒速30キロの地球が飛び込んでいくので流星の速度は秒速70キロになる。
流星群が空の一か所から広がるように飛んでいるのも、地球が公転している証拠。雨の日に車で走っていると雪や雨が同じようにみえる。
夜空の星座が、夏にしか見えないものと冬にしか見えないものがあるのも公転の証拠。
さらに決定的だったのが惑星の運動。星座は季節によって東から西へ動くのに、逆走したり静止したりする星があり惑星とよばれた。
これは他の惑星も太陽の周りを公転していると考えると簡単に説明できる。
地球の公転運動を利用しているのが惑星探査機。
スイング・バイと呼ばれる方法で地球の公転のエネルギーを利用して加速している。

☆ハイ(肺)、大きく息をすって!
解説は服部はいぞう。服の形に見えるが、肺のかたちなのか?
吸う息と吐く息では中身は違う。吐く息は一部が二酸化炭素になっている。
吸い込まれた空気は気管から肺に入り、気管から気管支に枝分かれして最後は肺胞というふくろでいきどまりになる。肺胞は1個たったの1万分の2-3ミリで左右の肺で3-6億個ある。酸素のこの肺胞の壁を通り抜けてすぐ外の血管の中に入り込む、酸素は血液に比べてかなり小さい。
酸素をもらった血液は一度心臓に集められた後、心臓の力で全身に送り出される。
そして細胞に酸素を配達して回る。酸素は細胞のなかで栄養分を燃やしてエネルギーをつくるのにつかわれる、そのときできる二酸化炭素のカスも血液が回収する。そして一度心臓に戻り、肺に送られ、二酸化炭素を肺胞に送り出し、再び酸素をもらう。
このシステムを皮膚でなく肺がおこなっているのは面積の違いによるものと説明していた。
肺胞の面積は大人の人間が息を吸ったとき1000平方メートル、体の表面積よりずっと広い。

☆おもちとごはん どこがちがう?
解説はおもちの専門家。モチ田こめ夫。頭は四角いモチで服装は背広。長所はねばり強さ。
もちの原料になるもち米は中に含まれるでんぷんが違う。
でんぷんは水と熱を加えることで結晶がひらいて隙間ができる。これを糊化という。
このときもち米のでんぷんはアミロペクチンという成分でできているが、うるち米のでんぷんにはアミロースがまじっている。
アミロースは1本のヒモのような形をしているが、アミロペクチンは枝分かれした複雑な形をしている。
蒸したもち米をキネなどでついたりこねたりしていると、アミロペクチンの枝がくっついたりからみあったりして元の構造から形がかわっていく。これがもちのねばり。
アミロースがまざっているとこうはならない。
もちになっても糊化はそのままだが、時間がたつとだんだん元の結晶状にもどっていく。これを老化とよぶ。
ただもち米は水を吸収しやすいので老化しても半分は水。だから焼いて熱を加えるとまた糊化して柔らかくなる。
最近ではうるち米ともち米の真ん中の性質をもつ米も開発されている。

☆細胞内探検ツアー
解説は細胞隆盛。もろに細胞の形に手足が生えている。
なぜか4人は潜水艦みたいなものにのって体内の細胞内探検ツアー中である。
細胞は生き物をつくるもっとも小さなブロック。人間の場合60兆ある。
普通の細胞ではだいたい20分の1㎜。それがある規則にそって集まって人間という巨大な生き物に合体している。
大昔の生き物はみんな1個の細胞だけで生きていた。それが何十億年もかけて進化した。
細胞がよいあつまっても規則正しく働くのは、細胞同士が連絡をとっていることと、同じ設計図=DNAをもっているから。
DNAは太さが百万分の2㎜くらいしかないが長さが1.7mもある。人間一人で1000億㎞以上。
ここに人間の設計図を2本のらせん間の4種類の物質で暗号にして記録している。
細胞がDNAの指令で動く方法。
・核の中でDNAがRNAというコピーを作る
・コピーが核から外にでる
・RNAはリボソームに向かい、そこで読み取られタンパク質が作られる。リボソームは工場。
・小胞体は集荷センター、ゴルジ体は配送センター。
・発電所はミトコンドリア、ここでは酸素と糖を使ってATPというエネルギー源を生み出す。
こういった仕事をするほかに細胞は分裂して増えたりする。
分裂しない神経細胞や核がなくてあとは死ぬだけの赤血球などもある。
形や機能もいろいろな精密機械。
精密機械なので、特にDNAはエラーがおきやすい。それががん細胞。

☆光る標識!?
解説は、夜中野レフレク太。顔と体は駐車停止の標識。
夜に光る謎の標識を確認しに来た4人の前で解説。
光の反射には「鏡面反射」のほかに「乱反射」がある。乱反射は当たった光がてんでバラバラの方向に散ってしまう。
乱反射は表面がザラザラしたもの、そのへんのすべてのもので起こる。
夜に光る標識は「再帰性反射」をしている。これは入ってきた光が同じ方向にかえる反射。
この反射を起こすために、表面に直径0.01m程度の細かいガラスビーズがちりばめられている。光はビーズにあたって屈折してビーズの奥にすすみ、アルミ膜で反射してビーズをでるとき再び屈折、入ってきた方向へ出ていき、照らしたものだけに光って見える標識ができる。
4人が懐中電灯で照らした時は、実は光は懐中電灯にかえっていた、懐中電灯を目のそばにもってっくると光ってみえる。
この再帰性反射は最初センターラインに使われたが、踏まれると見えにくくなるので道路標識に採用された。
ただむき出しだと雨水で能力がおちるのでプラスチック膜でコーディングしたものが使われている。
現在ではさらに改良されたカプセルレンズタイプの反射シートがつくられている。表面が細かい6角形になっているので、道路標識をよく見るとわかる。
この反射シートは60年前から作られていて、道路工事の人の直帰ラインや、大型トラックの荷台脇のライン、自転車の反射板などに利用されている。

最後に作品リストが乗っていた。

読んだのはこちらですが、

まんがサイエンス〈7〉「見る」科学

まんがサイエンス〈7〉「見る」科学

  • 作者: あさり よしとお
  • 出版社/メーカー: 学習研究社
  • 発売日: 2004/02
  • メディア: 単行本



Kindle版もあるようです。


まんがサイエンス 7 「見る」科学


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