YouTubeでたくさん動画が上がっている「コイルトレイン(世界一簡単な構造の電車)」が面白そう＆子供の教育にも良さそうなのでやってみた。
■ 参考にしたもの
YouTubeにはたくさんの「コイルトレイン」動画が上がっているが、以下の動画は製作上のポイントを説明してくれていて特に役に立った。
「コイルの中を走る電池電車を作るポイント」
https://youtu.be/DzjTSozOBxI
■ 材料
・銅線(0.9ミリ×5メートル)／株式会社ダイドーハント製、ヨドバシ.comで282円(税込・送料込)
・ネオジム磁石(直径12.7mm)／百均のセリアで購入、3個セットで110円(税込)をふたつで220円
・単四電池
・ひっつき虫
■ 製作
コイルの直径を15mmにしたかったので、家の中でちょうど良い直径のものを探したところ、CR2電池の直径が約15mmだったのでこれを型として使用した。そのままだと短くて使いにくいので、CR2電池をセロテープで2つ繋げて長さを確保し、さらに太めの鉛筆を持ち手としてつけて扱いやすくした。
巻き付け作業は中学1年生の息子にやらせた。間隔を詰めて巻くのがポイント。ギチギチに限界まで詰めて巻いても、手を離すと広がって適度な間隔のコイルになる。
単四電池のプラス極とマイナス極にそれぞれネオジム磁石を3個ずつつける。S極／N極の向きは後述する。プラス極のまわりはポスターなどを壁に貼りつけるとき用の「ひっつき虫」を使って隙間を埋めてガタつきをなくした。今回の電気回路はネオジム磁石がコイルに接触することで形成されるので、電池の直径よりもネオジム磁石の直径がやや大きい必要があり、単四電池の直径がちょうど1センチに対して、ネオジム磁石の直径が12.7mmでこの条件を満たすようにしている。
■ 原理
電気回路は、電流が「プラス極→ネオジム磁石→コイル→ネオジム磁石→マイナス極」の順番に流れる。
磁界は、長いコイルのうち電気回路になっている部分のみに発生する。
推進力は、車体前部に取り付けたネオジム磁石が磁界と反発し、車体後部に取り付けたネオジム磁石が磁界に吸引されることで発生する。
ネオジム磁石には極性表示がないが、N極S極を厳密に知ってから組み付ける必要はなく、とりあえず車体前部と車体後部で磁石の極性を逆向きにして、コイルに突っ込んでみれば良い。コイルから出てくる向きに進む力が働いていたら、反対側から車体を入れればよいだけ。
■ 結果
一応、動かすことに成功した。
■ 気づき
・銅線は5メートルだとコイルの長さが30センチくらいにしかならず、短すぎた。ずっと走り続けられるようにコイルを輪っかにするには、5倍の25メートルくらいは必要そうだ。
・車体がスムースに進むには、何よりもコイルを綺麗に巻く事が重要。今回の製作ではコイル巻き付け用の丸棒を用意せずに家にあった適当な部材で代用したため、コイルをあまり綺麗に巻く事ができず、あまりスムースな走行ができなかった。面倒でも、直径1.5センチで長さ30センチ位の木材などを用意した方がいい。
