球の速さ

一般小学生

まとめ

【定義】
球が移動する単位時間あたりの速さのことである。斜面を転がる運動においては、重力の影響を受けて加速し、下るにつれて次第に速くなる性質を持つ。

まとめ

球をはなす高さが高くなるほど、斜面を滑り降りる速さと水平に飛び出す距離は増大する。

はなす高さが同じであれば、球の重さや斜面の傾きが変化しても、飛び出す速さおよび飛距離は変化しない。

衝突した木片を動かすエネルギー(仕事の大きさ)は、球をはなす高さと球の重さの両方に比例して大きくなる。

解説

斜面を転がる球の運動をストロボ写真で観察すると、球が下るにつれてその間隔が次第に広くなっていく。これは、球が一定の割合で加速していることを示している。

実験結果によれば、球をはなす高さと球の速さ・飛距離には特定の相関関係があり、例えば高さが4倍になると、速さと飛距離はそれぞれ2倍になるという法則性が確認できる。

興味深い点として、球の重さや斜面の傾きが飛距離に影響を与えないという事実がある。空気抵抗や摩擦を無視できる条件下では、物体が落下する速さはその質量に依存しないため、高さが同一であれば到達時の速さと水平投射の飛距離は一定に保たれる。

しかし、木片を移動させる能力についてはこれと異なる。木片を動かす距離は、球が持っているエネルギーの大きさに依存するため、高さだけでなく球の重さ(質量)にも比例して大きくなる性質がある。

補足
物体の持つ位置エネルギーは「質量 × 重力加速度 × 高さ」で表されるため、質量(重さ)か高さのどちらが増えても、得られるエネルギーは増大する。

小学生のみなさんへ

坂道をころがるボールの速さについて学習しましょう。ボールは坂を下りるにつれて、どんどん速くなっていきます。写真で見ると、ボールとボールのあいだが、下に行くほど広くなっていることからわかります。

実験をすると、次のようなことがわかります。

・ボールをはなす場所を高くすると、飛び出すスピードが速くなり、遠くまで飛ぶようになります。

・でも、ボールの重さを変えたり、坂の傾きを変えたりしても、はなす高さが同じなら、飛ぶきょりは変わりません。

・ボールを木片にぶつけて動かす力は、ボールが「重いほど」、そしてはなす場所が「高いほど」大きくなります。

高さが変わると「速さ」と「動かす力」の両方が変わりますが、重さが変わっても「速さ」は変わらず「動かす力」だけが変わるという点がポイントです。

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