棒磁石のN極を、正体の分からない棒の端に近づけたら、引き合いました。「相手はS極だ」と答えてよいでしょうか。
相手も磁石だと分かっているなら、その考え方でよいですね。でも、相手が磁石かどうかも分からないなら、まだ決められません。磁石になっていない鉄も、磁石に引きつけられるからです。
まず、候補を二つに絞って考える
ここでは、両端にN極とS極がある棒磁石と、磁石になっていない鉄の棒を見分ける基本問題を考えます。極の分かっている別の棒磁石で調べ、実験中に棒磁石の極が変わることはないものとします。
調べる磁石のN極を近づけたとき、引き合う相手には二つの候補があります。棒磁石のS極と、磁石になっていない鉄です。引き合ったという結果だけでは、この二つが残ります。
同じ端を、もう一方の極で調べる
次は、調べる磁石を反対向きにして、S極を近づけます。このとき、正体を調べている棒の端は変えないでください。両方を同時に反対向きにすると、何を変えて比べたのか分かりにくくなります。
| 調べている端の正体 | N極を近づける | S極を近づける |
|---|---|---|
| 棒磁石のS極 | 引き合う | 反発する |
| 磁石になっていない鉄 | 引き合う | 引き合う |
最初の結果は同じでも、次の結果は分かれます。反発すれば、今回の二つの候補のうち、棒磁石だと判断できます。同じ極どうしが向かい合ったと分かるからです。
「反発しなかった」と「鉄だ」は、すぐにはつながらない
ここで、一回の結果に戻って考えてみましょう。N極を近づけて反発しなかった。それだけで鉄だと言えるでしょうか。言えません。相手が棒磁石のS極なら、反発せずに引き合います。
「引き合った」「反発した」「動かなかった」は、別々の結果です。反発しなかったものを、まとめて鉄と決めないようにしてください。候補を絞った今回の問題でも、同じ端をN極とS極の両方で調べることが大切です。
実物を調べる場合は、磁石が弱い、距離が遠い、棒が動きにくいなどの理由で、力を読み取れないこともあります。はっきりしない結果を、無理に「つく・つかない」に分ける必要はありません。
最後に、一問だけ
棒磁石か、磁石になっていない鉄の棒かのどちらかがあります。ある端に、調べる磁石のS極を近づけると引き合い、N極を近づけると反発しました。その端は何でしょうか。
棒磁石のN極です。N極と反発したことから、同じN極だと分かります。S極と引き合った結果とも一致しています。
実験問題では、最初から一つに決めようとせず、「この結果なら何が残るか」を書いてみましょう。次の実験は、残った候補の結果が分かれるものを選びます。知っている性質を、見分けるための手順につなげていくのです。
「引き合う」で残る候補を、表に残す
見分ける実験では、最初の一回で答えが出ないこともあります。それは実験が失敗したという意味ではありません。候補が二つ残ったなら、次にその二つで結果が違う調べ方を選びます。磁石の問題では、引力より反発の方が、相手が磁石であることを判断する決め手になる場面があります。ここでは、記事の初めに示した「棒磁石か、磁石になっていない鉄か」という候補の範囲で考えます。
鉄は磁石を近づけると磁気を帯び、引きつけられることがあります。そのため、引き合ったという一つの結果を、必ず異なる極が向き合った証拠だと読むのは早すぎます。相手も磁石だという情報が、問題文にあるのかないのかを確認してください。実験中に棒が新しく磁化するなどの変化を扱う問題なら、その条件も別に考える必要があります。
例題1：一回目の結果で、どこまで言える？
磁石か鉄の棒か分からない棒の端Pに、調べる磁石のN極を近づけると引き合いました。この時点でPをS極と決めてよいですか。次に調べるとき、動かさず同じにしておく場所はどこですか。
解答：S極とは決められません。調べる棒の端Pを同じにしておきます。 Pが棒磁石のS極でも、磁石になっていない鉄でも引き合うからです。次は調べる磁石のS極を、同じPへ近づけます。棒の反対側まで同時に変えると、最初と何を比べたのか分かりにくくなります。
例題2：「動かなかった」をどう読む？
棒の端へ磁石を近づけましたが、棒は動きませんでした。そこで「磁石にも鉄にも当てはまらない」と答えました。この判断の前に、確認すべきことを二つ挙げてください。
解答例：磁石と棒の距離が遠すぎないか。棒が机に固定されるなど、動きにくい状態になっていないか。 磁石の強さや、動きを観察する方法も確認する点です。動かなかったことだけでは、磁力が全くはたらいていないとは限りません。
この例では、物の性質と、性質を観察できる条件を分けます。糸でつるした棒と、机に強く押し付けた棒とでは、同じ程度の力がはたらいても動きの見え方が違います。「引き合うはずなのに動かない」なら、知識を消して書き直す前に、装置や操作を確かめる必要があります。
答え合わせでは、結果を一つずつ表へ書き、「この時点で残る候補」を隣に添えてください。最初から答えの極だけを埋めるより、どの観察が決め手だったかを説明できます。問題にない材質や形まで話を広げず、与えられた候補の範囲でどこまで判断できるかを確かめることが、見分ける実験の読み方です。