ニュートンの運動の第2法則

高等学校物理抵抗がなく、静止状態から始まる、一定の質量に働く一定の正味の水平力

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この実験について

ニュートンの第2法則は、原因である合力と、その結果である加速度を結び付けます。台車に符号付きの水平力を加え、質量ごとの力と加速度の関係を示す直線を比較します。矢印は合力の向きを示し、表示値は選択した時間が経過した後の運動を予測します。

学習目標

ほかの変数を一定に保ちながら、合力が加速度にどう影響するかを調べます。
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3 kgに保ちます。力を6 Nから12 Nに倍増し、加速度を比較します。
2「加速度」を選択して曲線を保存し、その後、質量を2倍の6 kgにします。同じ力で傾きを比較してください。
3負の力を加えます。速度と変位の符号について説明します。
4合力をゼロに設定します。このモデルは、初めに静止しているこの台車について何を予測しますか？

モデル

a = F_{net} / m

合力が加速度を決める

v = a t, x = \frac{1}{2} a t^{2}

静止状態から始まる運動

前提条件

質量は一定で、台車は静止状態から出発し、入力された力は水平方向の合力です。
重力と垂直抗力は鉛直方向で打ち消し合います。摩擦や空気抵抗はありません。

授業で試してみましょう

Q1質量4 kgの台車を2.5 m/s²で加速させるには、どれだけの合力が必要ですか？
Q2力が一定のとき、質量が2倍になると加速度が半分になるのはなぜですか？

よくある質問

その力は加えた力ですか、それとも合力ですか？

これは、水平方向に働くすべての力を合計した後の合力です。このモデルでは抵抗はありません。

力がゼロなら、速度も常にゼロですか？

いいえ。合力がゼロなら速度は一定です。このモデルでは静止状態から始まるため、力がゼロのとき速度もゼロです。