動滑車を使って仕事の原理を体感せよ！（クリップで簡単にわかりやすく実験をするコツ）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
理科の授業で「動滑車」を使った実験、やっていますか？この実験では、動滑車を使った場合と使わなかった場合に、荷物を同じ高さまで持ち上げるときの「引っ張る力」と「引き上げる紐の長さ」を調べます。単純に見えて、実際にやってみると「あれ？」と感じるポイントが出てくるのがこの実験の面白さです。
この実験、実はちょっとしたコツが必要で、うまく指示を出して測定させるのが難しい部分もあるんです。今回は、クリップを使った簡単でわかりやすい実験方法を紹介しますので、理科の先生方や、理科に興味を持っているみなさんもぜひ参考にしてみてください！
用意するもの
•動滑車（約25g） •凧糸（約50cm、両端を輪にしておく） •フィルムケースと浮力用のおもり（大75g×2個＋小25g×1個＝１７５ｇとしました） •スタンド •竹定規 •フック
動滑車やおもりはこの重さである必要はありません。適当なものを準備してください。こちらがその様子です。
これだけあれば準備はOKです。次に、実際にどうやって実験を進めるかを見ていきましょう！実験の際、動滑車を使ったときと使わなかったときの違いをしっかりと測定するのが難しいと感じることがあるかもしれません。そこで登場するのが「クリップ」です。この小さなアイテムが、大きな助けになります！
実験方法
まずは動滑車を使わないパターンです。
まずはおもりの下に動滑車をつけて、全体の重さをはかります。動滑車込みの重さを測ることがポイントです。
１７５ｇに近い数字なので、大体2.0Nくらいですね。
次に机から１０cmの高さの位置まで持ち上げます。スタンドにマジックで10cmの目印をつけておくと良いでしょう。
このとき、糸にクリップをつけて、糸をどれだけの高さたぐりよせたのかをはかります。
これは当たり前ですが10cmとなりますね。ここまでは全員で一緒にやってみてもいいと思います。
動滑車を使うとどうなるか？
続いて問題の動滑車をとおして、動滑車という道具を使って、まずは重さをはかります。ここはやり方を指示して生徒にやってもらいましょう。
大体1.0Nと半分になりました。
手応えを感じると、軽くなっていることがわかります。班で順番こにやってみて、手応えを皆で確認しましょう。
続けて、今度は動滑車をつかて、おもりを10cmの高さまで持ち上げます。このときヒモにクリップをつけて、ヒモをどれくらいたぐりよせたのかをはかります。
10cmおもりを持ち上げるためには、20cmたぐり寄せる必要がありました。ここから仕事の大きさをそれぞれ計算していきます。
滑車を使わなかった場合は W=Fx=2.0N×0.10m=0.20J
動滑車を使った場合は W=Fx=1.0N×0.20m=0.20J
となり、道具を使っても使わなくても仕事は変わらないことがわかりました。
この実験、少し手を加えるだけで、よりわかりやすく、正確な結果が得られます。クリップという身近な道具を使って、ぜひ実験の成功率をアップさせてください！先生方にとっても、生徒にとっても、楽しく学べる時間になりますように。生徒への説明スライドも用意したので、もしよければご活用ください。
手作り動滑車の作り方はこちらを参考にしてください。
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