この実験について
紙を細長く切り、翼を2枚折り、ペーパークリップを付けます。落とすと、セイヨウカエデの種のようにゆっくり回転しながら床まで落ちていきます。何が落下を遅くするのでしょうか？翼を長くしたり短くしたり、クリップの数を増やしたり、厚い紙を使ったりして、紙のヘリコプターを作ってみましょう。目盛り付きのポールから落とし、ストップウォッチで落下時間を測ります。落とすたびに記録し、テストを繰り返して、一度に変える条件を1つだけにして公平なテストになっているか確認しましょう。
学習目標
- 1つの変数だけを変え、ほかの条件は同じにして、公平なテストを計画しましょう
- 落下時間を測定し、表に記録しましょう
- 測定を繰り返し、平均を求めましょう
- 翼の長さと重さが落下時間にどのような影響を与えるか説明しましょう
- 空気抵抗によって落下する物体の速度が遅くなることを説明しましょう
使い方
- 1翼が8 cmでクリップが1個のヘリコプターを3回落としましょう。時間は毎回まったく同じですか？なぜ違うのでしょう？
- 2翼の長さだけを6 cmに変えて、3回落としましょう。次に10 cm、12 cmでも試しましょう。
- 3グラフを見ましょう。翼が長くなると、落下時間はどうなりますか？
- 4翼を8 cmのままにして、クリップを0個、2個、3個にして試しましょう。まず予想してから、実験しましょう。
- 5プリンター用紙の代わりに厚紙を使ってみましょう。重いヘリコプターは速く落ちますか、それとも遅く落ちますか？
- 6予測線を表示しましょう。結果は予測線に沿っていますか？
モデル
前提条件
- ヘリコプターは紙を切って作ります。幅3 cmの翼が2枚、縦3 cm × 横8 cmの胴体があります。ペーパークリップ1個の質量は0.5 gです。
- 回転する翼は、翼の長さを半径とする円盤のように働き、抗力係数は1.3です。そのため、実際の紙製ヘリコプターに近い速度で落下します。
- ストップウォッチの測定値には、人が計ることによる小さなランダム誤差が含まれますが、同じヘリコプターを同じ落下回数で測ると、いつも同じ値になります。
- ヘリコプターは落とすとすぐに回転し始め、空気は静止しています。クリップを付けていない実際のヘリコプターは、回転せずにぐらついたり、ひっくり返ったりすることがあります。
授業で試してみましょう
- Q1ヘリコプターをそれぞれ複数回落とすべきなのはなぜですか？
- Q2ある児童が、翼の長さとクリップの数を同時に変えました。なぜこの実験は公平ではないのですか？
- Q3あるヘリコプターの落下時間は2.4秒、2.6秒、2.5秒でした。平均時間は何秒ですか？
- Q4長い翼でクリップなしのものと、短い翼でクリップ3個のものでは、どちらのヘリコプターが最も長く空中にとどまりますか？
- Q5カエデやサマラの種は、同じ仕組みをどのように利用していますか？
よくある質問
ヘリコプターはなぜ回転するのですか？
落下すると、空気が翼の下から押し上げます。翼は互いに反対向きに折り曲げられているため、それぞれの翼にかかる力は少し横向きになり、その二つの力でヘリコプターが回転します。回転する翼はより多くの空気を受け止め、落下を遅くします。
翼を長くすると、なぜ落下が遅くなるのですか？
長い翼は回転するときに、より大きな円を描いて空気をかき分けるため、空気抵抗が大きくなります。重さも少し増しますが、増加する空気抵抗のほうが大きな影響を与えます。
そもそも、なぜペーパークリップを付けるのですか？
クリップを付けると重心が低くなり、ヘリコプターは姿勢を保って回転し、きりもみ状態になるのを防げます。クリップが多すぎると重くなり、落下が速くなります。