父はたくさんの薬を飲んでいる。母の手製の箱に、薬のパッケージを細長く切って入れているが、目当ての薬がなかなか見つからない。下を向いていることが多いのだ。どうして下向きになるのか。上向きにしておく方法はないのだろうか。これらを解決するために、研究することにした。

（1）本当に下向きになっていることが多いのか。

細長く切ったパッケージにサインペンで印を付け、父がすべての薬を飲んで就寝する夜11時に、１カ月間毎日調べた。その結果、上向きになっていたのは８日、下向きが22日、横向きで箱の壁に張り付いていたのが１日あった。確かに「下向き」が多い。

（2）どうして「下向き」が多いのか。

1:準備したこと

（i）実験装置「こまわり君」の開発と利用
上面か下面かで、実験者の意図が表れてはいけないので実験装置を作成。箱を回転（５回転と設定）させることで最終的にどちらの面が上になるか確かめる。
（ii）カイ２乗検定
回転実験は100回繰り返す。上向きになった回数、下向きになった回数に違いがあるのか、ないのかを検定するために「カイ２乗検定」を用いる。この検定法は、データから期待値を算出し、それと実際の値がどれくらいずれているかで、偶然に起こり得る可能性を求める方法だ。棄却値はα ＝ ５ ％ に設定、パソコン（Excel）で計算した。

2:薬のパッケージ１個の場合

《仮説１》薬のパッケージは、元々下向きになりやすい。
→薬は板状の部分にぶら下がっているように見えるので、下向きの方が安定するのではと考えたが、上面も下面も同じような割合だった。

3:１列につながったパッケージの場合

《仮説２》１列につながることで下向きになりやすい。

→薬が何個かつながることで下向きの力が大きくなり、安定度が増すのではないか。２～７個つながったパッケージで実験した。結果は薬のつながる数と上向き、下向きになる回数の間には、とくに関係はない。最も大きな差のあった６個のつながりの時についてカイ2乗検定を行った。 カイ２乗＝1.29＜3.84（α＝５％）により、「帰無仮説」は棄却されない。すなわちこれは「偶然に起こり得ること」だった。

4:他の薬と混ぜた場合

《仮説３》箱の中で薬のパッケージどうしがぶつかり合い、からみあう中で下向きになっていくのではないか。
→「下向き」がわずかに多かったが、カイ2乗検定では「偶然に起こり得ること」だった。

5:反ったパッケージの場合

もう一度、箱の中を観察してみた。細長く切ったパッケージには反っているものが多いという特徴を発見した。

《仮説４》パッケージが反ることによって、下向きになりやすくなるのではないか。 →「下向き」（73％）が「上向き」（27％）より多かった。カイ２乗＝11.2＞3.84（α＝５％）により、 「帰無仮説」は棄却される。すなわちこれは「偶然に起こり得ないこと」だった。

（3）反ったパッケージの条件を変えると、向きのなりやすさはどう変化するか。

1:「反り」の大きさを変えた場合

薬のパッケージは柔らかく、簡単に「反り」の大きさが変わってしまうのでアルミ板（100mm×17mm、厚さ0.8mm、質量3.5g）を使った。「反り」は正円の弧を描くように作り、「反り率」で表した。

《予想》反り率が大きくなると、弧の外面が下になった方が安定するので、「下向き」が増えるのではないか。
→反り率が大きくなるにしたがい「上向き」が減少し、新たに「横向き」も増加する。「横向き」を 除外しカイ2乗検定をすると、確かに予想通りとなった。

2:長さを変えた場合

アルミ板の反り率0.1、長さ2cm 、4cm、6cm、8cm、10cmで調べる。

《予想》長さが短くなるにしたがい、「下向き」になりにくくなるのではないか。 →長さが短くなると上向きになる回数が増え、「横向き」も減る。４cm以下では「横向き」はなくなる。

3:幅を変えた場合

これまでの経験では、幅の広いパッケージは下向きになっていることが少ない。アルミ板の反り率0.1、幅17mm、34mm、51mm、68mm、85mmで調べた。

《予想》幅が大きくなるほど、「上向き」が多くなるのではないか。 →幅が大きくなると上向きの回数が増え、幅68mm以上になると、上向き・下向きの差は意味を もたないほど小さくなる。

（4）反ることによって、どうして下向きになりやすくなるのか。

重心にヒントがあると考え、反ったアルミ板の重心を「つり下げ法」によって調べた。
→反ったパッケージが下向きになりやすいのは、重心の位置が弧の内側にあり、弧の外面の方向に倒れる範囲（角度）が広くなるためだ。

（5）重心の位置から①反りの大きな物体②長い物体③幅の小さい物体――が下向きになりやすい。

（6）どうして薬のパッケージは反るのか。

①	温度変化説：ホットプレートで温めたり、冷蔵庫で冷やしたが反らなかった。
②	湿度変化説：湯気の中に浸したり、ドライヤーの温風で乾燥させたりしたが反らなかった。
③	外部圧力説：はさみで切る時に、下向きの力がはたらくために反った。反り方は紙を切った時よりも大きく、自然には元に戻らない。パッケージはプラスティック板とアルミはくの２層構造となっている。変形しやすいアルミはくが大きく曲がる

（7）箱の中の薬のパッケージが、下向きにならないようにする方法はないか。

→父の協力で１週間ずつ試したところが有効で、クリップが色付きだともっと見分けやすい。

（8）生活の中の「反り」（イナバウアー効果）を探してみる。

今後の課題