この実験について
速度には向きも含まれるため、速さが一定でも物体は加速することがあります。円形の経路上に質量を置き、内向きの力を示す矢印と接線方向の速度を示す矢印を確認してください。角速度、質量、半径を変えながら、必要な向心力を比較しましょう。
学習目標
- ほかの変数を一定に保ちながら、角速度が接線速度にどう影響するかを調べましょう。
- グラフと数値の読み取り値を使って、予測を検証しましょう。
- 物理的な前提と、このモデルが適用できなくなる状況を説明しましょう。
使い方
- 1質量を1 kg、半径を2 m、角速度を2 rad/sに設定してください。8 Nになることを確認しましょう。
- 2曲線を保存し、角速度を一定に保ったまま半径を2倍にしてください。力を比較しましょう。
- 3角速度を2倍にしてください。力が4倍になるのはなぜでしょうか？
- 4時間をスクラブして円周上を移動してください。力が内向きで、速度が接線方向を保つことを確認しましょう。
モデル
前提条件
- 経路は半径と角速度が一定の円形です。力の表示値は、必要な内向きの合力を示しています。
- 図では半径を比例関係に従って拡大・縮小し、方向を模式的な矢印で示しています。力を生み出す仕組みはモデル化していません。
授業で試してみましょう
- Q1ここでは半径を大きくすると力も大きくなるのに、なぜ F = mv²/r では力が小さくなるのでしょうか？
- Q2内向きの力を取り除くと、運動はどうなりますか？
よくある質問
向心力は、別種の力なのでしょうか？
いいえ。内向きの合力を指す名称です。張力、重力、摩擦力、または別の相互作用がその力を生み出します。
角速度がゼロのとき、何が起こりますか？
物体は静止しています。速さ、加速度、力、振動数はすべてゼロで、周期は無限大になります。