左端がN極、右端がS極の棒磁石があります。これを真ん中で二つに分けたら、左側はN極だけ、右側はS極だけの磁石になるでしょうか。
そうはなりません。分けた後の二つにも、それぞれN極とS極があります。「NとSの間で切ったから、NとSが別々になる」と考えていないか、図で確かめましょう。
切った面にも、極ができる
ここでは、両端にN極とS極があるふつうの棒磁石を、長さの途中で二つに分ける基本問題を考えます。磁石の向きを変えずに並べると、次のようになります。
切った後：［N ─ S］ ［N ─ S］
左側の磁石では、もともとの左端がN極なので、新しくできた右端はS極です。右側の磁石では、もともとの右端がS極なので、新しくできた左端はN極になります。
切った場所が真ん中だったからといって、その面が「極のない場所」のまま残るわけではありません。切る前の一本と、切った後の二本を、別々の図にして考えてください。
まず一本ずつ、両端を書く
切った磁石が二つ並んでいる図を見ると、つい二つをまとめて見てしまいます。そんなときは、一つを指で隠してみましょう。
残った一本の左端がNなら、右端はS。もう一本も同じように両端を書きます。二本の間で引き合うかどうかを考えるのは、その後です。
この順番なら、「どこにあった部分か」だけで極を決めずに済みます。N極側から切り取った部分でも、全体がN極になるわけではありません。
向きを変えると、向かい合う極も変わる
切った二本を元の向きのまま少し離すと、切断面ではS極とN極が向かい合います。異なる極なので、引き合います。
次に、右側の磁石だけを左右反対に向けたらどうでしょうか。右側は［S ─ N］となり、二本の間ではS極とS極が向かい合います。同じ極なので、反発します。
「切った磁石どうしは引き合う」と丸暗記すると、向きが変わった問題で困ります。今、向かい合っているのはどの極か。その都度、図に書いて確かめましょう。
最後に、一問だけ
左端がN極、右端がS極の棒磁石を、長さの途中の二か所で切り、三つに分けました。真ん中の一片には、N極とS極があるでしょうか。
あります。向きを変えずに置けば、真ん中の一片も左端がN極、右端がS極です。もとの棒磁石の両端を含まないからといって、極のない磁石にはなりません。
覚えるのは「切ったらどうなる」という一文だけではありません。分けた後の一本一本に極を書き、そのうえで向かい合う端を比べる。この二段階で考えると、図が変わっても整理できます。
これは図で考える問題です。実物の磁石を切ったり割ったりするのは、破片でけがをするおそれがあるため行わないでください。
編集補足：切断と回転を別々の操作にする
ここからは、ふつうの棒磁石の極を図で追う自作例題です。分ける操作で一本が何本になったかと、分けた後にどの一本を回したかを、一度に処理しないようにします。まず分けた直後の図を完成させ、その図を使って次の操作を考えましょう。 模式図では、元の磁石の左がN極、右がS極という向きを保って四つに分けています。切り分けた直後は、どの一片も左がN、右がSです。色は極を区別する目印であり、赤い物質と青い物質に分離したという意味ではありません。中央付近の一片にも両方の極があります。
例題1：四つに分けて、一本だけ回す
左端がN極の棒磁石を、長さ方向に並ぶ四つの短い棒に分けました。左からA・B・C・Dと名付け、向きを変えずに離して置きます。その後、Bだけを水平面内で半回転させ、左右の端を逆にしました。AとBの間、BとCの間では、それぞれ引き合いますか、反発しますか。近い端どうしの極を答える基本問題とします。 答え：どちらの間でも反発します。 分けた直後は四本とも左N・右Sです。Bだけを回すと左S・右Nになります。したがってAの右SとBの左S、Bの右NとCの左Nが向かい合い、両方とも同じ極です。 ここでBの記号だけを逆向きに書いて、極の文字を動かさないのがよくある取り違えです。回しているのは磁石そのものなので、端に付けたNとSも一緒に動きます。図の紙を頭の中で回すのが難しければ、長方形と両端の文字を一組にして描き直してください。
例題2：極の数は、どう数える？
同じような棒磁石を三つの一片に分け、互いに十分離しました。それぞれが一本の棒磁石としてN極とS極を持つという基本模型で、N極とS極は合計いくつありますか。また、三片を元の順に近づければ、内側の極を数から消してよいでしょうか。 答え：N極が三つ、S極が三つ、合計六つです。 この設問は分かれた三本を一本ずつ調べる設定です。一本に二つの極があるので、2×3＝6と数えます。三本を近づけたというだけで、別々の一片に書いた極の記号を消す説明にはなりません。 一方、磁石が接した状態で外からどのような磁力が観察されるかは、単純に端の記号の個数だけでは説明しきれません。この例題は離した一片の極を問うものです。「六つ」と答えたことを、どんな配置でも六か所で同じ強さの反応が出る、という主張へ広げないようにします。 また、切る前後の磁石の強さを、長さの比だけから必ず半分や三分の一と決めることもできません。極の名前を付ける問題と、磁力の大きさを測定する問題は別です。与えられていない測定値まで、見た目の長さから作らないことが大切です。 最後に図を確認するときは、一本につきNとSが一つずつ書かれているか、回した一本だけ向きが変わっているか、向かい合う二つの端を比べているか、の順に見ます。四本全体の左右だけを見るより、間違えた場所を特定しやすくなります。ここで扱う切断は図上の設定であり、実物を切ったり砕いたりする作業ではありません。