まとめ
【定義】
振れ幅とは、ふりこが静止している中央の点(振れの中心)から、左右の端まで振れるときの角度や距離のことである。
学習の要点
- 等時性:ふりこの周期は「ひもの長さ」のみによって決まり、「振れ幅」や「おもりの重さ」を変えても変化しない。
- 速さの変化:ふりこは振れの中心で最も速くなり、振れ幅の端で速さが0になる。
- 正確な測定:周期を測る際は、誤差を少なくするため10往復程度の時間を計測し、その平均を求める方法が一般的である。
解説
ふりこの運動において、振れ幅が周期に影響を与えない性質を「ふりこの等時性」と呼ぶ。実験において振れ幅を大きくした場合でも、1往復にかかる時間は一定に保たれる。これは、振れ幅が大きくなると移動距離は長くなるが、それに応じてふりこが動く速さも増すためである。
ふりこの長さを計算する際は、支点からおもりの中心(重心)までの距離を基準とする。例えば、支点からおもりの上端までが23cmで、おもりの直径が4cmの場合、中心までの距離は23cmに半径の2cmを加えた25cmとして扱う必要がある。
また、ふりこの周期を正確に把握するためには、1往復の時間を直接測るのではなく、10往復などのまとまった回数を測定し、その合計時間を往復数で割る手法が用いられる。これにより、測定時の反応速度による誤差の影響を最小限に抑えることができる。
補足
厳密な物理学の定義では、振れ幅(振幅)が非常に大きい場合には周期がわずかに長くなるが、小学校および中学校の理科の範囲では「振れ幅によって周期は変わらない」ものとして扱う。
参照: 学習指導要領準拠資料
小学生のみなさんへ
ふりこの「振れ幅」とは、ふりこが真ん中から左右のどちらかの端まで動いたときの、角度やはなれたきょりのことです。
ふりこには大切なきまりがあります。それは、ふりこが1往復する時間は「ひもの長さ」だけで決まるということです。振れ幅を大きくしたり、おもりを重くしたりしても、1往復する時間は変わりません。
また、ふりこは動いている場所によって速さが変わります。真ん中をとおるときが一番速く、左右の端についた瞬間に速さは0になります。
ふりこの長さを考えるときは、糸を結んでいるところから、おもりの真ん中までの長さをはかるようにしましょう。
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