dynamics  第4回 重いものと軽いもの。どちらが先に着地する?

【掲載】1996.07  【単元】落体の運動  【種別】演示実験  【対象】高校1年  【実施】1996.06

【1】 空気中での実験
  1.  目 的

      重力加速度が物体の質量によらないことを示す。

  2.  準 備

      バッテリー、リード線、電磁誘導用コイル、スタンド、鋼球、モンキーハンティング用プラスティック球

    ●

  3.  方 法

    1.  スタンドに電磁誘導用コイルを固定し、バッテリーで電圧(DC6V)をかけます。
    2.  鉄芯に、鋼球とモンキーハンティング用のプラスチック球を吸着させます。モンキーハンティング用のプラスチック球に磁石に付くように鉄線が埋め込んであります。両者は同じ程度の大きさであることが望ましいようです。
    3.  1、2の3でバッテリーの接続を切り、両者を同時に落とします。どちらが先に着地するでしょうか?

  4.  結 果

     見事に同時に着地します。プラスチック球のかわりに、鉄線を埋め込んだ発泡スチロール球を用いても、やはり同時に着地します。

  5.  この実験について

     素手で離したのでは、わずかなタイミングのずれでどちらが先に着地するか確定しません。離すタイミングを完全に同一にするために電磁石を用いました。コイルの鉄心にセロテープを貼っておくと残留磁気の影響がなくてよいそうですが、特に必要はないようです。

     ただ、空気中の実験では落差が1m程度に留めておいた方がよいようで、建物の屋上から落とすような実験は空気抵抗の影響を目に見えて受けるようです。私はバレーバールとバスケットボールを2階の窓から落とす実験をしたことがありますが、何度やってもバスケットボールの方が速く着地しました。ある程度落差が大きくなると、空気抵抗は馬鹿になりません。そのような話をして、次の真空中での実験に移ります。

● 【2】 真空中での実験
  1.  目 的

      重力加速度が物体の質量によらないことを示す。

  2.  準 備

      真空ポンプ、真空ポンプ用ゴム管、真空自由落下用ガラス管、羽根、金属板

  3.  方 法

    1.  まず真空に引かないで、ガラス管の中に金属板と羽根を入れ、同時に落下させます。
    2.  次に真空に引いて同時に落下させます。

    ●
  4.  結 果

     真空に引く前は、羽根はひらひらと落ちますが、真空に引くと、羽根も金属板と同じようにストンと落ちます。

  5.  この実験について

     真空中での羽根は、とても羽根とは思えない、石のような落ち方をします。これを見たある生徒は「先生、真空中だと羽根も堅くなるんですか?」と言いました。どう答えたらいいのでしょうねえ(^^;)。


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檀上 慎二