輪ゴムと定規を使って自分だけのスケールを作ろう

輪ゴムで未知の質量を測れるって知っていましたか？ ほぼ可能です。

どんなプロジェクトでも、まず最初にすべきことは遊ぶことです。輪ゴムを手に入れて、それで遊んでみましょう。伸ばすとどうなるでしょうか？引っ張れば引っ張るほど、より大きな力が必要になるのを感じるかもしれません。あるいは、こんなことも試してみてください。輪ゴムの片端を持ち、もう一方の端に重りをぶら下げてみましょう。どれだけ伸びるか観察してみてください。輪ゴムにもっと重い重りを乗せたらどうなるでしょうか？もっと伸びます。さて、私たちの計画はこうです。伸びる距離と伸びる力の間に数学的な関係があるかどうか調べてみましょう。

輪ゴムで遊んだ後は、データを収集しましょう。まずは、私が作ったとてもシンプルな輪ゴム測定装置から始めましょう。こんな感じです。

当初の計画は、下の定規を調整して、ペーパークリップの下部が定規の「ゼロ」に合うようにすることだった。しかし、うまくいかず、直すのが面倒だった。実際、この方法の方が良いと思う。今では、輪ゴムの端に既知の質量の物体を吊るして、ペーパークリップの位置を測ることができる。

以下は、さまざまな既知の質量を使用して取得したデータです。

はい、厳密に言えば質量は独立変数なので横軸に置くべきですが、今回はそうしません。質量を縦軸に置くと次のステップが簡単になります。

グラフを作成する上でまず重要なのは、質量と輪ゴムの伸びる距離が直線関係にあることが分かることです。これは重要です。データにフィットする線形関数を作成できることを示しています。

次に、このデータに適合する方程式を実際に求めます。このグラフの線形近似は、次の方程式を与えます。

これで完成です。輪ゴムと定規の組み合わせを使って、未知の質量を測定できます。必要なのは、質量を輪ゴムに吊るして、伸びた距離（センチメートル単位）を記録するだけです。その値がわかったら、上の式の「x」に代入して質量（グラム単位）を計算します。さあ、輪ゴムでスケールができました。あ、それと定規も。

宿題

さて、宿題の質問です。

• 自分で作ってみましょう。輪ゴムと定規（そしてペーパークリップと紐も）はきっと見つかるでしょう。ただ、質量の分かっているものがないかもしれません。もし代用する必要がある場合は、他の標準質量で代用できます。同じサイズの六角ナットをいくつか用意するのはどうでしょうか？これらはほぼ同じ質量なので、輪ゴムの目盛りをグラム単位ではなくナット単位で校正できます。
• 輪ゴムはバネではありません。実際、伸ばすと温かくなります。伸ばしたままにしておくと、室温まで冷えます。温かい輪ゴムは冷たい輪ゴムとは挙動が異なります。では、温度は輪ゴムの重さにどれほど影響を与えるのでしょうか？
• 輪ゴムに使った物質よりもはるかに重いものを測りたいとします。輪ゴムを2本使って、秤の質量範囲を広げるにはどうすればよいでしょうか？
• 定規をセンチメートルではなくグラム単位の新しいスケールに交換しましょう。これで、計算なしで質量を直接測定できます。
• ゴムバンドが適度に伸びる程度の質量を選びましょう。この秤を垂直加速度計に変換できるか試してみてください。加速度の単位であるメートル毎秒の2乗で表示できる新しい秤を作る必要があるかもしれません。新しい加速度計を高級エレベーターに取り付け、階間の移動時間と距離に基づいて加速度を推定します。次に、新しいゴムバンド加速度計を使って加速度の別の値を取得します。2つの値は近いでしょうか？

WIREDのその他の素晴らしい記事

• 嗅覚の科学：犬が病気を検知する方法
• 自動運転車の安全性について私たちは間違った議論をしてきた
• 最初はオンラインゲームのいたずらだったが、それが致命的なものに変わった
• 写真：ナイロビのすごいバイクタクシー運転手たち
• アルゴリズムは、正しく使用すれば正義のツールとなり得る
• 毎週のBackchannelニュースレターで、さらに多くの内部情報を入手してください。