運動量の保存についてセンサーを用いた実験を行いました(Vernier Dynamics Cart)

ケン博士
サイエンストレーナーの桑子研です。このサイトで科学を一緒に楽しみましょう。 

Vernier Dynamics Cartを使って、運動量の保存の実験をやってみました。このカートすごいのが、3つのセンサを内蔵しているということです。

1つ目のセンサは移動距離を読み取る「位置センサ」で、本体の中心にある車輪に刻まれたスリットの通過数を読み取っているそうです。
2つ目のセンサは「加速度センサ」です。このセンサは上記の位置センサによる加速度の計測とは別のもので、わずかな静電容量の変化を読み取る「静電容量検出方式」で測定しているそうです。
3つ目のセンサは「力センサ」です。ひずみゲージを利用したセンサだそうです。
位置(からの速度)、加速度そのもの、力そのものの物理量がとれますから、まず思いつくのは、運動量や力積の実験ですよね。今回は運動量保存の実験をまずはやってみたので紹介します。

今回おこなったのは2つの台車の衝突や分裂の実験です。重さや面の様子などを変えて行いました。一応速度の和や運動エネルギーの和とも比較してみました。

・2つの質量の同じ台車の衝突(Aをうごかして、Bをとめた場合)とその結果

・Aにおもりを乗せて、Bと衝突させた場合とその結果

・AとBをマジックテープをつかって合体させた場合とその結果

・AとBを分裂させた場合とその結果

どれも運動量がほぼ同じになっているのがわかりますね。実験はこのような感じで行います。

Bluetoothでつながってリアルタイムで結果が送られてきます。アプリの動きも快適です。グラフ例としてはこんな感じです(運動量保存の実験のときのものではありません)。

これらの実験が20分程度でできてしまうので、解析についてももしかしたら授業時間内にできてしまうかもしれません。ビースピだとこうもいかないし、精度的にも素晴らしいですね。この他にも等加速度直線運動なども、さっと演示ができるのでやってみたいなと思っています。

なお参考までにですが、台車のおもさは290g。

専用のおもりの重さは、123gでした。

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