自由落下
*自由落下* とは?
自由落下 とは、重力のみによって起こる物体の加速を意味します。人が飛行機から飛び降りる時、その落下速度は空気抵抗によって遅くなります。本当の意味での「自由落下」が起こるのは、重力以外の力に影響を受けることのない真空空間だけです。
真空空間ではカバとミミズが全く同じ速度で落下するというのは本当でしょうか?
この*ドロップタワー*を組み立てます。
このモデルを使って、万有引力定数を特定する実験を行います。
テスト走行をしましょう。
モデルを水平で安定した場所に置きます。プログラムを実行し、タッチセンサーがディスプレイに表示されるまで待ちます。ボールをボールアームにのせて、ドロップタワーの背面にあるタッチセンサーを押し、落下試験を開始します。
ボールがドロップタワーの一番下にあるタッチセンサーの上に落ちましたか?ディスプレイに笑顔と落下時間が表示されましたか?
結果を記録しましょう。
実験の回数と落下時間をチェック表に記録します。そのほかの計算ができるよう、列を追加できるスペースを確保しておきます。
実験を行う
実験を行う際は、以下のヒントに従うと上手くいきます:
- ボールを落とすときにタワーが揺れていないようにします。
- タッチセンサーを手で持って、手動リモコンとして使用することもできます。こうすることで実験の失敗につながるタワーの揺れを防止することができます。
- 実験が成功すると落下時間がディスプレイに表示されます。
- 実験を3回以上行い、平均値を用いることで実験結果の信頼性を高めます。
結果をまとめましょう。
測定された落下時間の平均値を用いて、落下するボールの平均速度と重力加速度を算出します。行き詰ってしまった場合は「ヒント」の数式を参考にしてください。
ボールの落下運動の中で、変化した要素と一定だった要素は何ですか?
速度を求める数式
下の数式を使うと平均速度を求めることができます。変位はドロップタワーの高さ、50 cmです。
v = d / t
記号の意味:
v = 速度 (m/秒)
d = 変位 (m)
t = 時間 (秒)
落体の法則
下の数式を使うと重力加速度を求めることができます。変位はドロップタワーの高さ、50 cmです。
d = ½ × g × t²
記号の意味:
d = 変位 (m)
g = 重力加速度 (m/秒²)
t = 時間 (秒)
どうでしたか?
うまくできたのはどれですか?もっとうまくできたかもしれないことはありますか?
よくできました!これで、自由落下で物体がどのように加速するかがわかりましたね。では、いよいよ最後のレッスンです!