炭素繊維

飛行機にも使われている、「炭素繊維」

カーボンファイバーとも言われます。


この発見は、意外なところからです

ろうそくの煤を、顕微鏡で見たとき

面白い構造をした繊維が見つかりました。



それは、炭素が一列に渦を巻きながらつながっているような感じの構造です。

丁度、スプリングのような感じです。

その繊維を取り出すと、非常に軽く非常に強いものでした。


それを長くし、何本も重ね合わせたものが、カーボンファイバーとなります。



いまや、ボーイング７８７にも日本の炭素繊維の部品が数多く使われています。


軽く、丈夫になったおかげで、燃費や内部の広さなど快適になりました。


世の中には、もしかしたら、まだまだすごい素材が隠されているかもしれません。

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人類が生き続けるための食物連鎖 植物編

食物連鎖って、皆さんご存知ですよね？
人類を食物連鎖の頂点にするとします。
その次に来るのは、肉食動物です
その次に来るのは、草食動物です
その次に来るのは、植物です
よく言われているのは、ここまでですが、
本来この下にもう一つあります
微生物

食物連鎖を語る上で、ここを外してしまっては、ちゃんとした考えができません。

古来より、人間は、生き物のフンや、残飯などを、土にいれ、
それを微生物が分解してくれていました。
分解されたものは、非常に優秀な肥料となり
植物を育て
草食動物を育て
肉食動物を育て
人間を育てていました。

現代、微生物の働きだけでは大量の穀物や野菜ができません。
なので、肥料を追加します。
この肥料は、化学合成だったり、実際の残飯だったり、動物の糞尿だったりします。
この時点で、水洗トイレという手法で、人糞はこのサイクルから外れました。

そういった肥料を、作るためにエネルギーが必要になります。
そのエネルギーを、作りだすために、人間が関係してきます。
火力発電・水力発電・風力発電・原子力発電などありますが
その中で、地球の環境にとって問題となるのは、火力発電・原子力発電です。
この二つの割合を、減らすことによって、地球の環境を変えないでエネルギーを生み出します。

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自然と構造

前回、骨の話をしました。
戦闘機のハリアー　ってご存じでない方もおられますが、
ハリアーは、垂直離着陸できる戦闘機です。
これは、空中でホバリング出来る鳥を原型に持っています。
鳥の形を研修して出来たのが、そのハリアーなのです

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カルシウム

カルシウムって骨を作る要素なんだけどしってましたか？
実は、カルシウムの固形のままでは骨はすぐ折れてしまうんですよ
人間の骨も、実は複雑な構造をしています
骨の中は中空のパイプのような感じになっています。
前に書いた、パイプ状での理論と一緒で、これで強度が保たれますが、それ以外にもう一つの秘密があります
実は、骨は網目状になっていて、上からの負荷をダイレクトに受け止めず
クッションとなるようになっています、
これは構造上でも、素晴らしい構造！
こう考えると、生物ってほんと、自然に最も強い形になってるんですね！
自然から学ぶことってすごく多いですよね！

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材料と構造を合わせるとこんなこともできる

コンクリートって、どこでもありますよね？
普通は鉄筋コンクリートのように、鉄の棒をを立てて、それをつないで、その周りをコンクリートを流し込むんです。
そうすることによって、構造物にした時のコンクリートの柱や、壁の、強度が上がるんです

例えば、カーボンナノファイバーなど強靭な素材をコンクリートと一緒に練りこんだらどうでしょう？
コンクリート自体の強度が増しませんか？
これが構造物に使用できるかは不明ですが、確実に強度を増すことが出来る材料となるでしょう～

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車と鉄の関係

車の材料は、

• 鉄
• ゴム
• ガラス
• プラスチック
• 布

等色々ありますよね？
車の材料の鉄を見てみましょう。

鉄は、鉄鉱石からできるのですが、それを高炉で溶かし鉄の塊が出来ます。
その鉄の塊を、様々な添加物を加えたり純度を上げたりして、ステンレスや　SS4００　等の素材が出来るわけです。

ここで重要な問題があります。
現在不景気なこの時代です。車の売れ行きも減少傾向にあるのですが、鉄鋼メーカーはそうはいきません。
高炉は、一度鉄を溶かし始めると、一時停止が出来ないからなのです。
構造的には、筒状の上部から鉄鉱石と、コークス等を入れます。
筒の中央部から下は、コークスが燃えて高温になっており、順次鉄が溶けだし、下方から液体状の鉄が流れだします。
どんどん鉄鉱石が溶けて下方から鉄が流れだしますので、上から原料を随時入れなければいけません。

もし止めるなら、すべて燃えるまで待てばいいじゃんと思いでしょうが、原料を入れつずけないと、鉄は溶けないのです
圧力と温度と融点の関係です。詳しくはまた今度
なので、止める＝航路を壊すということになります。
車の需要が減ったからといって、鉄は生産調整が出来ないのです。
なので、鉄の山がどんどん・・・・・

まあ、景気は悪いのですが、新車を半額で乗れるサービスもあるので、試してみてください。
鉄はその下方から流れ出るのです。

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鉄は強きもの

皆さんは、鉄といったら何を思い浮かべますか？

錆びて赤くなる？

ステンレスなら錆びない？

通常の鉄もステンレルも実は、Ｆｅ(鉄)に混ぜ物をしているのです。

じゃー純粋な鉄って存在するの？

実は存在しないんですよ。

もし、出来る限り純粋な鉄が出来たらどうなるのか？

現在では鉄を出来る限り純度の物にするような研究もされていました。

純度を出来る限り上げると、鉄は錆びなくなり、強さも混ぜ物をしたものよりはとても強いものが出来上がるという結果が出ています。

錆びたりするのが、別の特性を発揮しだす。


材料って不思議ですよね？！

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セラミック

セラミックって硬いイメージありませんか？

実は、曲がるセラミックもあるんですよ～びよ～～んと、もとに戻りますがね。


ジルコニア系のセラミックで、柔軟性を持ったものが存在します。



また、中性子に強い炭化ケイ素ｊ系のセラミックは、黒い色してます。

原発や・研究所等に使用されています。

半導体など、中性子に弱いので炭化ケイ素で包むのです。

半導体のパッケージに使用されているものや

カメラに使用されているものなど、様々なところに使用されています。

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ダイヤモンド

女性は好きですよね～ダイヤモンド
 炭素Ｃの単結晶がダイヤモンドで、多結晶が炭だったりします。
ということは、蒸気機関車にダイヤモンドを入れて燃やすと、よく燃えるんですよ～～～
ルパン３世とかでそんなワンシーンあったようにも思いますが、

「こりゃま～よっくもえる～」

歓声を上げながら燃やしていた場面です
ダイヤモンドも微量に混ぜ物をすると、
黄色だったり
青色だったり
赤色だったり
します。
本当に赤い色や青い色なんですよ～目をこらさないと色がわからないような色ではないのですがね！
ブルーダイヤとかよくＴＶや雑誌で掲載されておりますが、ほんとのブルーじゃないので、勘違いしないでくださいね！
また、よく「メレダイヤをちりばめた」等と、いうようなＴＶショッピングありますよね～
メレダイヤの意味知ってますか？屑ダイヤの意味です。

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水（H2O）

みなさんがいつも飲んでる、水のお話
水は、水素が２個と、酸素が１個、結合した形です。これを分子といいます。
これを、純水といいます。
H2Oだけであればとてもきれいな水となっております。
半導体の洗浄などにも使用されたりあします。

水は、温度が低くなると、こおりますが、高くなると、水蒸気になることは皆さんご存じのことと思います。
氷のできる温度は、普通にいえば0度です。
過冷却水というのもありますが、それはおいときましょう・・・
水蒸気は、１００度ですよね？
100度になると、水は水蒸気変わります。

ここまでは、理科の実験でもみなさん聞いてるおさらい。

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雪の結晶４

雪の結晶シリーズいくつかしました
水、という、同じ材料でも形状が違う者同士では、相性が非常に悪くなります。
これは、すべての物質の世界でも共通しています。

水、という話が出たので、次回からは、水の話をしようかな

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６角形じゃなきゃダメ？

自然の法則６と言いましたが、ほｐん等に６じゃないとだめなの？
図形を作る時に、直線３本で作れるのが三角形です
三角形のを横に並べていくと、隙間なく面を描けますよね？でも三角形では、ずれるんですよ・・・

上の図がそうです。
六角形の構造は、飛行機のように翼に使われてることは紹介しましたが、
あくまで一方向からの、強さです
色々な方向からの強さは、三角形の立体が一番強いのです
通称　ダイヤモンド構造
正四面体構造です。正三角形が４つはり合わさった中に、原子が一個入っている感じです。

左は線形　右は原始書き込み　上の図は上から見た物　下の図はそれを横から見た物　三角法です
立体構造的には、三角形の集合が最も強度が高いといわれています。
これもよーく見てみてください、正四面体の線の数は、６本なのです
ここでも自然界の　６の法則があります

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雪の結晶３

雪は地表に降り積もります。
次の日、お天気だったり、
また雪が降ったりします。
雪が降った後、雪の結晶はどうなるのか？
雪は降り続ける限りは、雪の結晶のままです。
さすがに、数十センチ積もると、下の方はつぶれますが・・・
まあ、見えているところだけとしましょう
雪の結晶はそのままか、ぶつかて割れるかもしれません。
次の日、天気になりました。
雪の結晶は、結晶の先端から溶けだし、どんどん丸くなっていきます。
そして夜になってまた凍りますが、結晶にはなりません。
球体の粒状の水滴状になった頃には、夜になりまた凍ります。
その上に、雪が降り積もります。
そうすると、雪の結晶上の面と、球場の氷の面とのが出来るわけです。

雪山で、雪崩が起きるときに、その境目の上部がずれて雪崩になります。
こうやって、結晶の形一つ、その形が変わっただけで雪崩など起こるのです
春まで、同じ結晶の形のままであれば、簡単にはずれないのですが・・・・

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水５ 最終回

いろいろ書いてきましたが、水はいろいろな可能性が存在します。
地球に奇跡的にある水ですが、地球温暖化等いろいろあります。
人は水から生れ
水を飲み
水を利用してきました
地球上の生物にとっては生命の母ですから、水を嫌がるものはいません。
しかし、地球以外の星で生まれた生命はどうでしょうか？
塩酸の海で生まれた生物はどうでしょう？
塩酸の海で生まれた生物は、塩酸は普通の飲み水です
地球の生物にとって塩酸は有毒なのように、彼らにとっては、水は有毒なのです
また、水は様々なものを溶かします。
溶かす速度は速かったり、遅かったりしますが、水はすべての部室を溶かします。
ガラス窓の、酸化ケイ素ですが、それも溶けます。
鍾乳石が、そのいい例です。
金や・プラチナも、溶けます。
海に溶けている、金を集めると、莫大な量の金塊になるそうです。
しかし、地球上の生物は水がなければ生きていけません。

生命の神秘を解き明かすには、水が重要なカギです。
ダイエットにも、水をよく飲みなさいっていうでしょ？
水は体内に取り込むことは重要なのです。
しかし、味の付いた水や、アルコールが含まれた水、泡が出る水ではありませんので、注意です

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水４ 特殊な水

理科の授業で習ったことは、水は中性って
リトマス試験紙で色変わらないということやらなかったかな？
水は、酸性でもなくアルカリ性でもなく、中性というのが、常識だと思います。

しかし、医療現場では、強アルカリ性や　強酸性の水が使われています。
強酸性水は、電気分解するときに　＋の極周辺に出来る水ですが、
H2O　が電気分解されるときに、
Hは電子が一個足りない状態、
Oは電子が二個余っている状態
簡単にいえばですが・・・
＋極では、電子の余っている　Oが生成されます

分解されない状態の水ですので、Oが、過剰で期待にはならず不安定な状態のままの水なのです
Oは酸素です。気体ではO2　酸素二個で安定になります
そんな不安定な状態の水が実は酸性なのです。
酸性があるということは、アルカリ性もあります
アルカリ性は、－極でできるのです。

酸性水は、殺菌作用があるため、手術のときに、手を洗ったり、
胃潰瘍の鯨飲といわれる、ポリコバクターピロリも殺菌できるという結果もあります。
また、皮膚病で菌が関係する、疾病に関しても有効といわれています。
基が水ですので、酸性だとしても安全・安心なのです。

強アルカリ水は、油汚れなど、酸化汚れなどに、よく効きます。
水素が不安定な状態で存在するので、それをかけると酸化汚れから、結合された酸素を奪い
汚れを落ちやすくするという原理です。
酸化するから固まりこびりつく
であれば、還元（参加の反対側）すればいいのです


いろいろ書きましたが、水はいろいろな特性があります。

次回、水　最終回

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水３ 氷のお話

それでは、水は0度で凍りますよね
ＴＶで話題の、過冷却水
衝撃を与えると、水から急に凍りになる魔法の水
あれは、ジュースやお酒、水など、グラスに入れたとたん凍りだすのですが
液体を、ゆっくり-15度以下に冷やしていくと、液体は凍らず液体のままになります。
あれ？っておもいませんか？
水は0度になったら凍るのでは？
この肝は、ゆっくり冷やすし、衝撃など与えないことということです。
水の意外な特性なんですよ。
水は普通や急激に冷やすと、まず、液体内の不純物を核に氷が出来始めます。
それから全体が凍りだすわけです。

ゆっくり冷やしていくと、核があったとしても、氷にならず、水のままなのです。
分子の振動に関係があるのですが、ゆっくりだと、震動が少なくなると砂が詰まるように、水のままになります。
そこに、グラスにあけて、流しこむと
衝撃があたって、結晶化が進みます。
グラスの中にたどりついた時には、シャーベット状になるわけです。

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水２ 水蒸気編

水が、100度で水蒸気になったら期待になりますが、
雨上がり、
道路にたまった、水たまりが
いつのまにかなくなっていること
不思議じゃありませんか？
水は、100度で水蒸気になるんですよね？
実は、水は１００度でなくても、気体になります。
気体　と、水蒸気　は、違うので、注意を～
話を戻しますが
水溜りの水は、蒸発して、気体になります。
湿度というのは、そういうことですが、温度が高ければ高いほど、湿度の割合が大きくなります。
寒ければ寒いほど湿度の割合が小さくなります。
冬は乾燥しているな～というのはそういったことでなります。
道路にたまった、水たまりは、太陽の熱で道路が温められます。
でも、道路から、３０ｃｍ離れた所は、道路表面より温度が低いわけです。
温度の低い空気が風邪で道路表面に近付くと、温められます。
そこに、水たまりがあると、温められて、湿度が低くなった空気が、水たまりの水を少しづつ奪っていくのです。
だから、道路の水たまりは、いつの間にか消えているのです。

ちょっと話が難しかったかな？
洗濯物も同じ原理なのです、
風があるときと、無い時では乾き具合が、相当違いますので、実験できますね！
同じタオルを、濡らし、物干しにかけます
ひとつには扇風機を当てて、もう一つは、風が当たらないようにすれば、実験ができますね！

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雪の結晶２

さて、雪の結晶で前回書いたのですが、

これは、地球上（重力がある）での話です。

じゃー重力がない、宇宙ではどうなるの？

と思うかもしれません。

国際宇宙ステーションで、実験がされており、結晶自体の製製に成功しています。

まあ、安定して実験が成功できれば、無重力間での結晶の形の統計が出てくるでしょう

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雪の結晶

雪の結晶は、六角形で角のところに枝が伸びているのは
皆さんもよく知っていますよね？
綺麗ですよね～
雪の結晶は、空中の塵に水分が付着してそれが少しずつ凍っていくために出来るのです。
でも、不思議じゃないですか？
なんで雪の結晶はほぼ六角形なのか？
それには、とても大きな意味があるのです。

自然の法則　６

え！？
蜂の巣の六角形から始まって、雪の結晶の六角形
空中で最も安定した形が六角形なのです。
ですから、その形に自然界はおのずからしたがっているのです。
いや違う！円だ！
という声が、今聞こえてきましたが、円ってよく考えてみてください。
1億角形の図形は、円にほぼイコールじゃありませんか？
複雑な図形になるよりは、角数の少なくシンプルで構造的に優れた形になるのです。

まあ、雪の結晶には四角形八角形もあるのですが、出来る条件・時間が特殊だったりします。

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