すべり台を高くすると、下りたときの速さはどれだけ増える? エネルギーの法則を体感しよう。
つるつるのすべり台の高さを2倍にすると、すべり下りたときの速さはどうなるでしょう?(摩擦はないものとします)
直感でOK。選ぶと実験装置が使えるようになります。
| # | 条件(高さ・角度) | 測定結果 |
|---|
速さは2倍にはなりません。約1.4倍(√2倍)にしかなりません。高いところにある物体がもつ「位置エネルギー」は高さに比例しますが、速さの「運動エネルギー」は速さの2乗に比例します(mgh = ½mv²)。だから高さを2倍にしても、速さは √2 ≒ 1.41倍にしかならないのです。
速さを2倍にしたければ、高さは4倍必要。スキーのジャンプ台や ジェットコースターの設計は、この「2乗の関係」がすべての基本になっています。
もうひとつの発見ポイント: 角度だけを変えても、同じ高さなら最下点の速さは同じになったはず。摩擦がなければ、速さを決めるのは「どの高さから下りたか」だけなのです。
読んだ内容を自分の言葉で説明してみよう。AI生徒が3サイクル質問してきます。