力学
跳ね返るボール
エネルギー損失で跳ね返りが少しずつ低くなるのを観察してください。
跳ね返るボール — インタラクティブな力学シミュレーション。エネルギー損失で跳ね返りが少しずつ低くなるのを観察してください。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
跳ね返りのエネルギー損失
反発係数が1未満のとき、跳ね返るボールは衝突のたびに力学的エネルギーを失います。各跳ね返りはより低い高さに達します。
各跳ね返りの頂点で運動エネルギーは位置エネルギーに変わりますが、床との衝突は非弾性です。反発係数1未満では、ボールは着いた時より遅く床を離れ、最高高度は周期ごとに下がります。
- KE + PE = E（跳ね返るたびに減少）
- 反発係数 e < 1
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
ボールを落として床で跳ね返らせると、落とした高さと同じ高さ、より高い高さ、またはより低い高さまで跳ね返るか？
検討する予測
- 同じ高さまで跳ね返る（エネルギー損失なし）。
- 落下高さより高く跳ね返る。
- 落下高さより低く跳ね返る（一部のエネルギーが失われる）。
可変的な役割
設定するもの：
- 質量 (kg)
- 落下高さ (m)
測定するもの：
- 重力位置エネルギー (J)
- 跳ね返り高さ（1回目） (m)
実験の進め方
- 跳ね返るボールのプリセットを開く。床からのボールの開始高さと質量を確認する。
- 高さプローブがボールに取り付けられていることを確認する。このプローブは床からのボールの高さを m 単位で示す。
- シミュレーションを実行し、ボールを落下・跳ね返らせる。最初の跳ね返りの最高点で一時停止し、到達した最大高さを記録する。
支配方程式
重力位置エネルギー — PE = m·g·h
離す直前に床からの高さとしてボールに蓄えられているエネルギー。このエネルギーは落下中に運動エネルギーへ変換され、跳ね返った後には再び高さへ変換される。
運動エネルギー — KE = ½·m·v²
ボールの運動がもつエネルギー。衝突直前には、落下時の位置エネルギーのほぼすべてが運動エネルギーへ変換されている。跳ね返りではその一部だけが戻るため、跳ね返り高さは落下高さに届かない。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 各行について、跳ね返り高さを落下高さで割る。3回の試行でこの比について何に気付くか？
- ボールの反発係数は 0.8 である。この値を二乗し、上で計算した比と比較する。どのような関係が見つかるか？
実験以外での活用
- 求めた高さの比が、跳ね返るたびに一定に保たれるとする。最初の試行における*2回目*の跳ね返りの最大高さを予測する。最大高さが 1 cm 未満になるには、何回跳ね返る必要があるか？
- 実際に落としたボールは、毎回の跳ね返りで空気抵抗と音にも少しエネルギーを失う。実際のボールの跳ね返り高さは、ここで求めた理想化された e² のパターンより速く低下するか、遅く低下するか？
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
- Middle School Physical Science — Kinetic energy
- Middle School Physical Science — Energy in, energy out
- 跳ね返るボールへようこそ
- ボールを選択
- 再生
- 弱まる跳ね返り
- データを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。