ふりこのエネルギーシミュレーター

ふりこをふらせて、位置エネルギーと運動エネルギーの移り変わりと、その和(力学的エネルギー)を調べよう。基準面を動かすと何が変わるのかも確かめられる。(3年 運動とエネルギー・第19時)

おもり(1 kg)を持ち上げて、そっと手をはなす。教科書の連続写真と同じように0.1秒ごとに写真をとって記録する。

糸の長さ 1.2 m ふれはじめの角度 45°
基準面 いちばん低い所 空気の抵抗・まさつ 再生の速さ
エネルギーの内わけ(おもり1 kg・帯の全体=手をはなしたときの力学的エネルギー)
位置エネルギー 0 J 運動エネルギー 0 J 熱・音になって失われた分 0 J
位置エネルギー 0 + 運動エネルギー 0 = 力学的エネルギー 0 J

エネルギーのグラフ(横軸は時間)
0.1秒ごとの記録(教科書の連続写真と同じ)

気づいたこと
  • ふりこをふらせると、ここに気づいたことが出るよ。
いまの回の記録
ふらせた回数(ぜんぶで)
0回
いちばん速い速さ
—
反対側で上がれた高さ
—
1往復にかかった時間
—
  • ふりこが下がるときは 高さ↓=位置エネルギーが減り、速さ↑=運動エネルギーがふえる。上がるときはその逆。2つはたがいに移り変わる。
  • 2つの和が力学的エネルギー。空気の抵抗やまさつが無視できるとき、その和はふりこのどこでも一定に保たれる(力学的エネルギーの保存)。グラフの緑の線が水平なのがその証拠。
  • だから、反対側も手をはなした高さまで上がる。それより高くは上がれない。
  • 位置エネルギーの大きさは基準面をどこに決めるかで数値が変わる。基準面は自由に決めてよい。変わるのは数値だけで、移り変わり方も「和が一定」も変わらない。
  • 実際の世界では空気の抵抗やまさつがはたらき、力学的エネルギーの一部が熱や音に変わって失われる。だからふれはばは少しずつ小さくなり、やがて止まる。
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