力学
円運動
ボールは一定半径で回ります：棒の張力が向心力 (F = m·v²/r) で常に中心向きです。ボールにタイマーを置いて公転周期を読み取ってください。
円運動 — インタラクティブな力学シミュレーション。ボールは一定半径で回ります：棒の張力が向心力 (F = m·v²/r) で常に中心向きです。ボールにタイマーを置いて公転周期を読み取ってください。 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。
等速円運動
一定の速さで円運動する物体でも、速度の向きが絶えず変化するため中心に向かって加速し続けます。
速度が一定であっても、向心加速度は常に内側を向きます。棒の先のボールでは、棒が円軌道を曲げる向心力を供給します。
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
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
棒に付いた球が一定の速さで固定された中心軸の周りを回る。半径を同じに保って球の公転速度を上げると、一周に要する時間（周期）は長くなるか、短くなるか、それとも変わらないか？
検討する予測
- 周期は長くなる（一周により長い時間がかかる）。
- 周期は変わらない（速さは周期に影響しない）。
- 周期は短くなる（一周により短い時間しかかからない）。
可変的な役割
設定するもの：
- 質量 m (kg)
- 半径 r (m)
- 公転速度 v (m/s)
測定するもの：
- 向心力 F = mv²/r (N)
- 周期 T（一周） (s)
実験の進め方
- 等速円運動プリセットを開く。棒の長さ（公転半径）と球の質量を確認し、重力がオフであることを確かめる。経路を曲げる力は棒だけが与える。
- 速度プローブが球に付いていることを確認し、球にタイマーを置いて一回転の時間を測定できるようにする。
- 以下の各試行について、球の質量、棒の長さ（半径）、初期接線速度を設定し、「再生」を押して一周の時間を測定する。
支配方程式
向心力 — F = m·v² / r
球が直線ではなく円を描いて運動し続けるために、棒が内向きに与えなければならない力。これは球の質量、一定の公転速度、円の半径に依存する。各試行の設定で棒に感じる張力がこれに当たる。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、設定した半径と速さから周期を計算する過程（T = 2πr/v）を示し、シミュレーション内のタイマー表示と比較する。
- 3回の試行で、半径を一定にして速さを上げると周期はどう変わるか？速さを一定にして半径を大きくすると周期はどう変わるか？両方を T = 2πr/v を用いて説明する。
実験以外での活用
- このプリセットでは、運動が真に等速となるように重力をオフにしている。重力を再びオンにし、棒がなお水平な円を描く場合、球の速さは一周を通じて一定に保たれるか？理由を説明する。
- 手で振り回すひもの先の球のような実際に公転する物体は、毎周、空気抵抗と支点によって少しエネルギーを失う。測定した周期は多くの周回で完全に一定と予想するか、それともずれるか？ずれるならどちらの向きか？
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- 円運動へようこそ
- ボールを選択
- 再生
- 常に方向転換
- 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。