力学的エネルギーは保存する？ジェットコースター（レール）を使った場合の実験（力学的エネルギーの保存）
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。
力学的エネルギーの保存って聞くと、振り子やジェットコースターがよく中学校の授業で扱われますよね。たとえば、振り子が左右に揺れるとき、位置エネルギーが運動エネルギーに、また運動エネルギーが位置エネルギーに変わるのが見て取れます。ジェットコースターも同じように、頂上に登るときは位置エネルギーが最大、そして下り坂でそれが運動エネルギーに変わるという感じです。でも、実際にレールを使った実験ではどうなるのか、気になりませんか？
というわけで、今日はレールを使って力学的エネルギーの保存について実験してみました！具体的には、鉄球やビー玉を使って、位置エネルギーが運動エネルギーにどのように変換されるのかを観察しました。使用したのは、鉄球小、ビー玉、そして鉄球大の3種類。それぞれをレールの上で転がしてみると、期待していた通りにエネルギーが保存されているかどうかがわかります。結果はどうだったと思いますか？
なんと、実際の実験では、教科書に載っているような「エネルギーが完全に保存される」ということは起こりませんでした。むしろ、力学的エネルギーは振り子のように保存されず、大きく減ってしまったんです！え、なんで？って思いますよね。
こちらは私が行った予備実験のものです。
実験装置全体はこのような形です。
球は３種類用意しました。時間の関係で実際には１種類しか行いませんでした（予備実験では３つでおこなっています）
実際に生徒実験にてデータをとってみたものを１つ紹介します。
こちらはロスについてまとめたものです。
レールを使った場合、ロスが40%近くあることがわかります。つまり力学的エネルギーは保存しません。振り子の例がどれだけ特別なことだったのかわかるのと、ロスが振り子でも4パーセントはあるのだということも面白い気づきになると思います。
この現象の原因は、実際の世界には摩擦や空気抵抗といった要素があるからなんです。教科書で習う「理想的な世界」ではこれらの影響を無視することができますが、現実世界では、物体が動くたびに少しずつエネルギーが失われてしまいます。だからこそ振り子も永久に揺れ続けることはできないんですね。
科学のタネを発信中！
ニュースレターを月１回配信しています。
[subscribe2]
登録はこちらから
３月のイチオシ実験！
- 押し花を作ろう！：梅や桜の花の押し花を作ってみましょう。特別なケースに入れると、長く保存できて、しおりにもなります。
テレビ番組・科学監修等のお知らせ
- 「月曜から夜更かし」（日本テレビ）にて科学監修・出演しました。
- 2月27日放送予定「チコちゃんに叱られる」（NHK）の科学監修しました。
書籍のお知らせ
- 1/27 『見えない力と遊ぼう！電気・磁石・熱の実験』（工学社）を執筆しました。
- サクセス15 ２月号にて「浸透圧」に関する科学記事を執筆しました。
- 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
講師・ショー・その他お知らせ
- 3/20（金） 日本理科教育学会オンライン全国大会2026「慣性の法則の概念形成を目指した探究的な学びの実践」について発表します。B会場 第３セッション： 学習指導・教材（中学校）③ 11:20-12:20
- 7/18（土） 教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。
- 10/10（土） 秘密兵器「帯電ガン」が炸裂！ビリビリ！ドキドキ！静電気サイエンスショー＠千葉市科学フェスタ（午後予定）
- 各種SNS X(Twitter)／instagram／Facebook／BlueSky／Threads
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
