振り子で挑戦！力学的エネルギーの保存についての実験
力学的エネルギーの保存に関する実験を行いました。中学校の教科書では、力学的エネルギーの保存については、その存在が書かれているだけで、実験については言及されていません。ただし、力学的エネルギーの変化の様子を観察し、変化をしていないことを見出すような実験は必要ではないかなと思います。
高校物理の教科書では、自由落下についてと、振り子で実験をするなどの例が記載されています。レールでの力学的エネルギーをみると摩擦が大きく、保存をしていると言い難い結果となってしまうため、振り子が選ばれています。ただ振り子で実験を行うのはなかなかテクニックがいるため、難しいところがあります。そこで工夫をして、また実験キットは使わないで行う方法を考えてみました。
用意するもの：
スーパーボール、画鋲、紐、割り箸、包含紙をハードケースに入れたもの、DVDケース
実験方法についてはこちらの動画にまとめました。
振り子を作る時に、割り箸に紐を通すときのコツです。真ん中から糸が垂れるようにします。
ビースピのセンサー部に通るように糸の長さを調節します。
方眼紙を立てることで、ボールの高さが計りやすくなります。ボールの下端をはかります。
方眼紙を後に立てて、その方眼紙をつかって実験を行うと、精度が増して、正確な実験ができるようになります。
以下は解析結果ですが、落差が3cmのとき、８cmのとき、１３cmのとき、１８cmのときの４回で実験を行っています。生徒がとったデータなのですが、落差が3cmのとっきは大きなずれがありますが、それ以外のときはかなり似た値となることが確認できます。
実験結果の一例
有効数字の計算が出てきます。
考察としては、力学的エネルギーが保存をしていると言えるのか？についてや、なぜ１の結果だけ前後でうまくあわないのか？などを考えさせたいところですね。後日実験道具も撮影をして紹介できればと思っています。
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