まとめ
- ふり子が振れ、一瞬静止して折り返す最も高い位置のこと。
- 空気抵抗や摩擦を無視できる理想的な条件下では、ふらし始めた高さと同じ高さまで戻る性質を持つ。
- 最高点ではおもりの速度が0となり、位置エネルギーが最大、運動エネルギーが最小(0)となる。
解説
ふり子の運動において、振れの両端にあたる最高点では、おもりの運動エネルギーがすべて位置エネルギーに変換されます。この瞬間、おもりの速度は0となり、運動の向きが反転します。エネルギー保存の法則に基づき、外部からの抵抗がない限り、おもりは常に開始地点と同じ高さまで到達します。
ふり子の周期(1往復に要する時間)は、おもりの重さや振れ幅には依存せず、ふり子の長さの平方根に比例します。例えば、ふり子の長さを4倍にすると周期は2倍になり、長さを9倍にすると周期は3倍になります。また、振らし始める高さと最下点での速さの間にも同様の規則性があり、高さを4倍にすると最下点での速さは2倍になります。
運動の方向については、円弧上のどの点においても、常にその点における接線の方向を向いています。最高点から最下点に向かうにつれて位置エネルギーが運動エネルギーへと転換され、速度が加速していきます。
ふり子をゆらしたとき、一番はしまでいって、一しゅん止まってから反対にもどりはじめる場所を「最高点」といいます。空気のていこうなどがない場合、ふり子はかならず、最初に手をはなしたのと同じ高さまで上がってくるという決まりがあります。
この最高点では、おもりの動く速さは一しゅんだけ「0」になります。そこから下に向かって動き出すと、どんどん速くなって一番下の場所で最も速くなります。ふり子をはなす高さを4倍にすると、一番下を通るときの速さは2倍になるという不思議なルールもあります。
また、ふり子のひもの長さが長くなると、1往復するのにかかる時間(周期)も長くなります。ひもの長さを4倍にすると、時間は2倍になります。おもりの重さや、ふり子をゆらすはばを変えても、この時間は変わらないのがふり子の大きなとくちょうです。
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