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科学自由研究のコンテスト受賞作品で「おもしろい!」と思った研究を紹介

風力発電から『風の道』

研究タイトル=風と羽根のコラボレーション2
−回って、回って、回って、変わる!−

研究者=塚本真依

第47回自然科学観察コンクール 文部科学大臣奨励賞(中学校の部)

 「国土交通省は突風の起こりやすい『風の道』を全国的に調べ、今後対策を検討します」
「あれ?『風の道』って…」
 2005年12月、山形県庄内地方で、JR羽越線の特急列車が、最上川を渡った直後、脱線転覆事故を起こしました。先頭車両は横転し、中間車両は大きく折れ曲がるといった状況で、死傷者も多く悲惨なものでした。現場付近は強風地帯として知られ、原因も突風の影響が大きいとされました。この事故を受けたニュースを聞き、塚本さんはひらめきました。

 「風力発電の実験から、『風の道』の存在を確かめてみよう!」

こうして、塚本さんは前年からの風力発電装置の基礎的な研究を発展させた、『風の道』の謎解きを目的とした研究をはじめました。心強い相談相手であるお父さんと伯父さんにも再び協力をお願いしました。

 風力発電装置を用いて、障害物がある状態とない状態とで、一定の風を送ったときの風向・電圧・電流を測定し比較すれば、その変化によって風の流れや強さの違いを調べることができます。この原理を利用して塚本さんは『風の道』の理解を試みました。しかしながら、実験を行なうためには、想像以上にたくさんの実験装置が必要でした。実験装置の製作には、前年以上に多くの時間が費やされました。どのような仕組みを整えれば、実験をスムーズに行なうことができるのか。検討すべき課題は数多くありましたが、塚本さんはお父さん、伯父さんと一緒に一生懸命考え解決していきました。

 実際に完成した実験装置は、ブレード(羽根)が付け替え可能な複数の風力発電装置、風向測定の際の角度測定を容易にするヨー制御*固定装置、障害物がある状態とない状態での風向きの角度変化を知るヨー制御*角度確認板、前年の送風機を用いた方法から換気扇によって空気を引いて風をおこす方法に改良作製した風洞装置、上下に可動できる2つの山や高さを変えられるビルを想定した障害物が配置された『風の道』を作り出すためのジオラマ等、いずれも本格的なものとなりました。特に安定した風を送る方法を模索した風洞装置の製作は苦労の連続でした。

 とっておきの手作り装置を用いた実験を通じて、塚本さんは次のような興味深い発見をしました。「山や障害物の間あるいは側面を沿って通過した風は強くなる、すなわち広いところから狭いところへの風の流れは強くなる」、「山に当たった風は弱くなり、その後ろの風に乱れを生じさせる」。「へぇ〜、そういうことなの」と思わず声が出てしまいますね。

 『風の道』と口で言うのは簡単ですが、それを的確に捉えて理解するのはかなり難しいことです。地道な努力を積み上げ、科学的な検証のもとに自分の成果をきちんとまとめ上げた塚本さん、さすがの一言です!

 環境の世紀といわれる今、全世界で「風」というクリーンなエネルギーが注目されています。日本でも地域のシンボルとして風力発電装置の設置があちらこちらで進められていますが、むやみなやり方では逆に地域の環境を悪化させてしまいます。自然環境に配慮し、地域住民の声に応えることは勿論ですが、何といっても欠かせないのは、誰もが設置をよかったと思えるような、風の流れの解析シミュレーションによる最適な設置場所の検討です。新たなステップに入った塚本さんの研究は、そのような最新の環境技術を切り拓く可能性をも秘めています。

 どんな研究でも地道に続けていくと次第に新たな道がひらけてきます。行き先を選ぶのは自分次第。迷うのも楽しいものです。「テレビでみた風車の変わった形が気になる」という日常の疑問を大事にあたためていた塚本さんは、初めに風力発電装置に関わる一般的な条件を解明しました。そして、その成果が今回の『風の道』の理解への挑戦につながっていきました。塚本さんのように、普段の何気ない「これは面白い!不思議!あれ?なぜ?」の感動をいつまでも大事にして、ステップアップしていきたいですね。

脚注
ヨー制御・・・風車を常に風の方向に向けるための方位制御

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(文=矢野嵩典)


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