運動エネルギー・位置エネルギー・仕事の関係【実験】

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。 

#運動エネルギー#位置エネルギー#仕事 の関係についてに #実験 を行いました。鉄球小、ビー玉、鉄球大の3種類で実験をしましたが、次の結果は鉄球大に関するものです。こちらは予備実験のデータです。

鉄球大が1番衝突時のエネルギーの損失が小さかったのですが、合体をするパターンなので、どうしても #力学的エネルギー は保存されずに減ってしまいます。実験の様子からまずは御覧ください。

実験装置全体はこのような形です。

下から、10センチ、15センチ、、、30センチまでとり、レールは配線カバーです(ミニモール06)。

配線カバーは色々なところで利用価値がありますね。衝突させる木片はレールとレールの継ぎ目にぴったりはりつけます。

もう少しおして、はりつける。

落差がほしいため、重心の高さをあらかじめはかります。

重心から球を定規ではかって落とします。

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。

落差と木片の動いた距離の関係をグラフにしてみると、次のようになりました。

位置エネルギーと仕事の比例関係が読み取れます。続いて、速さと木片の動いた距離の関係をグラフにまとめました。

曲線の傾向が見られたので、速さの2乗をとってみると、

このように比例関係が見て取れます。生徒に本来であれば気づかせて作らせたいグラフではあります。最後に運動エネルギーと位置エネルギーの関係について、まとめました。

 こちらは傾きは振り子の場合と異なり、1に近い数字にはなりませんが、比例関係は見られます。なお予備実験データをリンクで載せておきます。

課題としては、質量を変えて実験を行えなかったこと、また位置エネルギーと運動エネルギーはそれぞれ別にして実験をしたほうが生徒にとっては納得感があったかもしれなかったことです。

振り子と比べると力学的エネルギーの保存はうまく見ることができませんが、比例関係ということについては、確認できました。

スプレットシートへのリンク

#実験 #仕事 #位置エネルギー #力学的エネルギー #運動エネルギー #力学的エネルギーの保存

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