力センサで力のつり合いと運動方程式がよくわかる!(イージーセンス)

運動方程式について生徒に伝えるときに、次のような問題を出しています。

この問題は拙著『ぶつりの123』にもオリジナルで考えていて、掲載したものなのですご、これがなかなか生徒にとってみると難しいようです。力学を学ぶ上ではじめの課題といってもいいと思います。

問題

質量0.50kgの物体を次のように運動させた。重力加速度は10m/s^2として、次の問に答えよ。

 CDは加速度2m/s^2で等加速度運動をしてる。

問題は運動の違いを感じ取れるのか?ということです。

何が難しいのかというと、どうしても等速度運動というのと、加速度運動というものの区別が、問題文の絵からはつきにくいということにあります。または、等速度運動が「力のつり合い」だということが日常経験からあまり感じられないということでしょうか。

今日の授業でもここで引っかかっている生徒が多かったので、イージーセンスの力センサをつかって実際に物体を等速で動かしてみたり、いきなり引っ張ってみたりして、そのときの力の様子をグラフで可視化してみました。

用意したのはこちらです。

力センサ、イージーセンス、おもりの3つです。実験の様子については、次の動画を御覧ください。

力センサにおもりをぶら下げて、問題も同じように等速度で上下に動かしてみると、力は静止していたときとほとんどかわりません。もちろん若干小さな加速度ははたらきますが、グラフは大きく動くということはありません。

そこで力を入れて上に急激に引っ張ってみたり、または力をぬいて落としてみたりするとグラフが大きく動くのがよくわかります。

上に引っ張るときに力が大きくなり、また止める瞬間に減速をするので、力が弱くなります。

このように、授業のいろいろな場面で使えるイージーセンス!ぜひご活用ください(^^)

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桑子 研(くわこけん)
 1981年群馬県生まれ。サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など10冊。