CCN 寺子屋自由研究ラボ工作・アート紙で作る歯車模型
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紙で作る歯車模型

🎨 工作・アート

紙で作る歯車模型

🔬 中学生向け ★★★ ⏱ 準備1時間 / 実施1〜2時間

紙で歯車を作り、歯の数で回る速さや向きが変わるしくみを調べます。

歯車は、歯と歯がかみ合って回転を伝える部品です。時計、自転車、車、機械の中など、さまざまな場所で使われています。2つの歯車をかみ合わせると、回る向きは反対になります。また、歯の数が違う歯車を組み合わせると、回る速さも変わります。紙で模型を作ると、機械の基本である回転の伝わり方を安全に観察できます。

必要なもの

材料分量代替案
厚紙A4サイズ3枚段ボール薄板3枚
コンパス1個丸いふたで代用
はさみ1本カッターは保護者管理
割りピン3個画びょうは危険なので避ける
段ボール土台30cm×30cm厚紙土台
定規1本メジャー1本
鉛筆1本シャープペン
色ペン3色マーカー
記録用紙A4用紙3枚ノート3ページ
スマホカメラ1台動画撮影用

手順

1

歯車の大きさを決める

何をする:2種類の歯車を作ります。

どうやる:直径8cmの大きい歯車と、直径4cmの小さい歯車を作ります。

なぜ:大きさが違う歯車で回転数の違いを調べるためです。

2

歯の数を決める

何をする:歯車の条件を決めます。

どうやる:大きい歯車は歯24個、小さい歯車は歯12個にします。

なぜ:歯の数の比が回転数に関係するためです。

3

厚紙に下書きする

何をする:歯車の形を描きます。

どうやる:円を描き、外側に同じ大きさの歯を等間隔で描きます。

なぜ:歯の間隔がそろうと、かみ合いやすくなります。

4

歯車を切る

何をする:回る部品を作ります。

どうやる:下書きに沿って、はさみでていねいに切ります。

なぜ:歯が大きくずれると、うまく回らなくなります。

5

土台に取りつける

何をする:歯車を回せるようにします。

どうやる:中心に穴を開け、割りピンで土台にゆるく固定します。

なぜ:きつすぎると回らず、ゆるすぎると歯が外れます。

6

2つの歯車をかみ合わせる

何をする:回転を伝えます。

どうやる:大きい歯車と小さい歯車の歯が軽くかみ合う位置に置きます。

なぜ:歯がかみ合うことで、一方を回すともう一方も回ります。

7

回る向きを観察する

何をする:回転方向を調べます。

どうやる:大きい歯車を右回りに1回転させ、小さい歯車がどちらに回るか記録します。

なぜ:かみ合った歯車は反対向きに回るためです。

8

回転数を数える

何をする:歯の数と速さの関係を調べます。

どうやる:大きい歯車を1回転させた時、小さい歯車が何回転するか数えます。

なぜ:歯の数が少ない歯車は多く回ることがあります。

9

3つ目の歯車を入れる

何をする:回転方向の変化を調べます。

どうやる:間にもう1つ歯車を入れ、最後の歯車の向きを観察します。

なぜ:歯車の数が増えると、回転方向の組み合わせが変わります。

観察ポイント・記録の取り方

組み合わせ歯の数回る向き回転数気づいたこと
大→小24→12
小→大12→24
3つ連結24→12→24

つまずきやすいポイント

⚠️ 歯車が回らない

なぜ:割りピンがきつすぎます。

対処:少しゆるめて、紙が回るすき間を作ります。

⚠️ 歯が引っかかる

なぜ:歯の大きさや間隔がばらばらです。

対処:歯を大きめに作り、少しずつ調整します。

⚠️ 回転数が分からない

なぜ:目印がありません。

対処:歯車に赤い線を1本描き、1回転を数えやすくします。

発展アイデア

  1. 歯の数を20個と10個にして比べる。
  2. 3つ、4つの歯車をつなげて向きを調べる。
  3. 自転車のギアのしくみを調べる。

安全上の注意

まとめ方(発表・レポート)

歯車模型の写真、歯の数、回転方向、回転数を表にまとめます。

「歯車は回る向きを変えたり、回転の速さを変えたりできる」と説明しましょう。

タイトル例:

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