ワイルドミニ四駆を使った摩擦力の実験

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ワイルドミニ四駆をつかった科学実験

みなさんはワイルドミニ四駆、知っていますか?タミヤのミニ四駆はご存知でしょうが、ミニ四駆よりもタイヤが2〜3倍大きくて、障害物を軽々と乗り越えることができるのが、ワイルドミニ四駆です。こちらです。

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 外で走らせるとミニ四駆との違いがよくわかります。

ワイルドだぜ〜(古い)

 このミニ四駆をよく見ていたら、おもしろいことに気が付きました。この大きなゴム付きの車輪は、中が中空になっており、摩擦力が大きくなるように作られています。グリップがよくききそうです。もしかしたら、摩擦力の実験に使えるかもしれない!そう思って2台を買ってきてあれこれ試していたら、おもしろい実験ができることがわかりました。

今日はミニ四駆をつかった科学のレシピの紹介です。

科学のレシピ

目的:

2台のワイルドミニ四駆を綱引きさせる。このとき摩擦力の要素の一つである、摩擦係数や、垂直抗力の大きさを変化させると、綱引きにどちらのミニ四駆が勝つのかを調べる。

用意するもの:

ワイルドミニ四駆(2台)、糸、おもり、ぞうきん、やすり、下敷き

方法:

① ワイルドミニ四駆を2台組み立てます。このとき電池を1本でもワイルドミニ四駆が動くように、電池パックに導線を通しておきます。電池2本の3Vだと、モーターのパワーが強すぎてワイルドミニ四駆がひっくり返ってしまい、うまく綱引きができません。

② 2台のワイルドミニ四駆をたこ糸で結びます。

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③ 2台のミニ四駆を動かして綱引きをさせます。うまくいくと、その場で車輪が空まわりして、拮抗します。(これはこれで、生徒は喜びます)

④ この状態で、片方の地面に雑巾・やすり・下敷きなどをおいて面の状態を変えたときに、ミニ四駆がどちらに動くのかを観察します。

⑤ 片方のミニ四駆におもりをのせたりすると、どのようになるのかを観察します。

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例えばみかんを載せてみると…。

結果:

この実験をすると、面の状態を変化させてみると、雑巾の効果が非常に大きいことに気が付きます。また垂直抗力の変化によって、おもりを乗せたほうの摩擦力が大きく変化することにより、乗せたほうのミニ四駆が綱引きに勝つということがわかります。

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この実験の科学

よく高校物理の問題では「摩擦力が無視できるとき」というような条件がつくことがあります。悪者にされがちな摩擦力ですが、ミニ四駆など車輪のついたものは、摩擦力をつかって前に進んでいます。例えばワイルドミニ四駆を手の上においてみると、タイヤが押してくる力を強く感じます。

車輪の作用反作用の関係

 摩擦力をいろいろな方法で高めてあげることで綱引きに勝つことができます。摩擦力を高めるための方法は摩擦力の公式を見ればよくわかります。

F=μN

(静止摩擦係数×垂直抗力)

 ぞうきんをしくというのは、面の状態を変える、つまりμを大きくするための工夫です。また垂直抗力を大きくすると、摩擦力は大きくなります。おもりを乗せると、垂直抗力が大きくなるため、綱引きに勝つことができるようになります。

重い場合と軽い場合

 なんとなく重いほうが動きにくいのでパワーも小さくなるように思う生徒もいるようです。実際に綱引きの準備をして、生徒の予想をさせてから実験をしてみると、おもしろいとおもいます。

講演実験教室・講演の開催
遊びながら学べる実験教室 サイエンストレーナーの桑子研が、実験研修等の講師、出前授業など依頼をうけて行っています。過去には、...

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プロフィール

桑子 研
桑子 研理科教師。全国で教員向けの物理実験講座、ICT活用講座、子供向けの科学実験講座、時短セミナーなどを行っている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)など10冊。

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