新幹線でジャンプしてもぶつからないのはなぜ？車から放物線を操る物理ゲーム！（Scratch）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
時速200キロメートル以上で走る新幹線の車内で、もしあなたがその場で行き先とは反対方向に思い切りジャンプしたとしたら、どうなるでしょうか。後ろの壁に激突してしまうと思いますか？
実は、答えは「元の場所にそのまま着地する」です。当たり前のように感じますが、よく考えると不思議ですよね。今回は、そんな日常に隠れた物理の魔法を、私が作成したデジタル教材を通して紐解いてみましょう。
モンキーハンティングのプログラムがうまく組めたので、今度は動く車（等速）からボールを鉛直上向きに初速度をつけて投げ上げて、鳥にボールをぶつけるという教材を作ってみました。
真上に投げたはずなのに？放物線を描くボールの秘密
この実験は物理の定番ですが、理屈を知るとさらに面白くなります。もともと等速直線運動をしている車に乗っている物体は、車と同じ方向に同じ速度を持っています。そのため、ボールを真上に投げ上げたとしても、外から見ている人には「斜め上に向かって放物線を描きながら飛んでいく」ように見えるのです。
重力は常に真下（鉛直下向き）にのみ働きます。そのため、上下方向の速度は刻々と変化しますが、横（水平）方向の速度を変える力は働きません。つまり、ボールは横方向には「ずっと同じ速度で進み続ける」のです。
その結果、どの瞬間を切り取っても、下の車と上のボールは常に同じ位置をキープします。だからこそ、最高点に達して落ちてきたボールは、寸分違わずまた元の車の上へと戻り、回収されていくわけです。
これは先ほどの新幹線の例と同じで、動いているものの上では、私たちの感覚（車の中の視点）と外からの視点で、見え方が全く異なるという面白い現象なのです。
ゲーム化で楽しく！空飛ぶ鳥を撃ち落とせ
私の作ったプログラムでは、この現象をより直感的に理解してもらうために、画面中央に鳥を配置して「鳥にボールを命中させる」というゲーム要素を加えました。
鳥を狙うことで、ボールが綺麗な放物線を描く様子が観察しやすくなります。また、スタートボタンを押すたびに車の速度が変わる仕組みにしました。これには理由があります。
実は、車の速度がどんなに速くても遅くても、一定の高さまでボールを投げ上げた場合、「ボールが空中に浮いている時間（落下時間）」は変わりません。いろいろな速度で試しながら、横方向の動きと縦方向の動きが完全に独立していることを、遊びながら体験できるのがこの教材のポイントです。
速度３で動いている様子
「退屈な物理」を「ワクワクする体験」へ
放物運動の単元は、計算が多くて少し退屈に感じてしまう生徒も少なくありません。しかし、こうしたゲームのような教材があれば、「どうして当たるんだろう？」「速度を変えたらどうなる？」といった好奇心が自然と湧いてくるはずです。
最終的には、生徒自身に同じようなプログラム作りを体験してもらおうと考えています。「横方向は等速」「縦方向は加速度運動」というルールをコードに落とし込むことで、二次元の放物運動という概念を肌で感じられる講座を開講する予定です。
みなさんは授業や家庭学習でどんな教材を使っていますか？もし面白いツールやアイディアがあったら、ぜひ教えてくださいね！共に、科学をもっと楽しいものにしていきましょう。
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