実験道具 ／ 中学3年 物理
山や谷のコースに球を置いて転がし、位置エネルギーと運動エネルギーが入れかわるようすをグラフで見よう。摩擦があるときとないときのちがいもくらべられます。
全4ミッション。もちろん、自由に組み立ててもOK。
点をドラッグして山や谷を作れます。地形上をクリックすると、そこに球を置けます。
やってみよう
上から順に進めると、少しずつわかるようになっています。「このミッションを始める」を押すと、コースと球が始めの状態になります。転がすのは自分で。
ミッション 1
左の高いところから球を転がし、反対側でどこまで上がるかを見る。
見るところはじめの高さと、反対側で上がる高さ。谷底でのエネルギーの内訳。
摩擦がないと、球ははじめと同じ高さまで上がる。下るときは位置エネルギーが運動エネルギーに、上るときは運動エネルギーが位置エネルギーに移り変わり、その合計（力学的エネルギー）は一定に保たれる（力学的エネルギーの保存）。
ミッション 2
摩擦をつけて転がし、球の動きとエネルギーの変化を見る。
見るところ上がる高さの変化と、力学的エネルギーの減り方。
摩擦があると、力学的エネルギーの一部が熱などに変わって減っていくので、上がる高さがだんだん低くなり、やがて谷底で止まる。減った分は熱などのエネルギーになっていて、エネルギー全体の量は変わらない（エネルギーの保存）。
ミッション 3
右の端は左より少し高い。初速をつけて、右の端まで届かせる。
見るところ初速と、上がれる高さの関係。
初速をつけると、はじめから運動エネルギーをもつので、力学的エネルギーの合計が大きくなる。そのぶん、はじめの位置より高いところまで上がれる。
ミッション 4
質量を変えて転がし、動き方とエネルギーの大きさをくらべる。
見るところ質量を変えたときの速さとエネルギー。
質量を変えても、速さや上がる高さは変わらない。ただしエネルギーの大きさは質量に比例して大きくなる。
| 場所 | 位置エネルギー | 運動エネルギー |
|---|---|---|
| 高いところ | 大きい | 小さい（止まっている所では0） |
| 低いところ（谷底） | 小さい | 大きい（速さ最大） |
| 合計（力学的エネルギー） | 摩擦がなければ一定 | 摩擦があると熱などに変わって減る |
力学的エネルギー ＝ 位置エネルギー ＋ 運動エネルギー。摩擦や空気の抵抗がなければ、力学的エネルギーは一定に保たれます。
この実験道具は、現役の理科の先生が作ったシミュレーターを、作者の許可を得て理科ラボ向けに編集したものです。値や動きは学習用の模型で、実際の実験の結果と同じになるとは限りません。