学習目安 | 小: S | 中: A | 高: B

ふり子

一般小学生

まとめ

解説

ふり子の運動において最も重要な特性は、1往復に要する時間である「周期」がおもりの質量や振れ幅に左右されないという点です。周期を変化させる唯一の要因は、支点からおもりの重心までの距離、すなわち「ふり子の長さ」です。この原理は身近なブランコの揺れにも当てはまります。例えば、ブランコに座って漕ぐ場合と立って漕ぐ場合では、立って漕ぐ方が重心の位置が高くなり、支点からの距離(ふり子の長さ)が短くなります。そのため、立って漕ぐ方が周期が短くなり、より速く往復することになります。

また、ふり子の運動にはエネルギーの変換が関わっています。おもりを高い位置から離すほど、最下点に達したときの速さは増大します。具体的には、振らし始める高さが4倍になると、最下点での速さは2倍になるという平方根の法則性が存在します。おもりが重い場合や高い位置から放した場合には、衝突時の衝撃(エネルギー)も大きくなり、対象物を移動させる力も強くなります。これらの規則性は、物理学におけるエネルギー保存や運動の法則を理解する基礎となります。

コラム

ふり子の周期が振れ幅に関わらず一定である性質は「ふり子の等時性」と呼ばれ、ガリレオ・ガリレイによって発見されました。ただし、この等時性が厳密に成立するのは振れ幅が十分に小さい場合に限られます。また、ふり子の運動の途中に釘などの障害物があり、途中でふり子の長さが変化する場合、周期はそれぞれの長さに基づいた半周期ずつの合計として計算されます。さらに、外部から力が働かない限り運動状態を維持しようとする「慣性の法則」も、ふり子が最下点を過ぎても反対側へ昇り続ける運動の背景にあります。

小学生のみなさんへ

ふり子とは、糸の先におもりをぶら下げて、左右にゆらゆらとゆれるようにした装置のことです。公園にあるブランコも、ふり子の仲間です。

ふり子には、とても不思議なきまりがあります。それは、1回往復おうふくするのにかかる時間(周期しゅうき)は、おもりの重さや、どれくらい大きくゆらしたかには関係ないということです。この時間は、糸の長さだけで決まります。糸が長いほど、ゆれる時間は長くなり、ゆっくり動きます。

ブランコで考えてみましょう。座って乗るよりも、立って乗る方が、体全体の重さの中心(重心じゅうしん)が高い位置にきます。すると、支えているところから重心までの距離が短くなるので、立って乗る方が速くゆれることになるのです。

ルラスタコラム

昔の時計には、大きなふり子がついている「ふり子時計」がありました。ふり子が1往復する時間がいつも同じであることを利用して、正確に時間を刻んでいたのです。今の時計とは仕組みが違いますが、理科の力が生活に役立てられていた素晴らしい例ですね。

記事の内容に誤りがありますか?

⚠️ 修正を提案する
ルラスタマップ (3層表示) フルサイズで表示 (5層) ↗
マップを生成中…

最近見た用語
履歴をチェックしています…