力学
斜面上のボール
ボールが斜面を転がりながら加速するのを観察してください。
斜面上のボール — インタラクティブな力学シミュレーション。ボールが斜面を転がりながら加速す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。
斜面上の重力
摩擦のない斜面では、重力がボールを斜面方向に引きます。斜面に平行な成分だけがボールを加速させます。
重力は常に鉛直下向きです。傾いた面では、斜面に平行な成分（加速度を生む）と垂直な成分（垂直抗力で平衡）に分解します。重力の向きは常に下向きでも、ボールは坂を転がり降ります。
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ（摩擦なし）
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
質量の大きい球と小さい球を、摩擦のない斜面上の同じ高さから静かに離す。どちらがより速く斜面の下端に到達するか？
検討する予測
- 質量の大きい球の方がより速く下端に到達する。
- 両方の球が同じ速さで下端に到達する。
- 質量の小さい球の方がより速く下端に到達する。
可変的な役割
設定するもの：
- 質量 (kg)
- 斜面の角度 (°)
- 落下高さ (m)
測定するもの：
- 重力位置エネルギー (J)
- 下端での速さ (m/s)
実験の進め方
- 斜面プリセットを開く。斜面の傾斜角、球の質量、斜面の基部からの開始高さを確認する。
- この試行の球の質量と斜面の角度をインスペクタで設定し、斜面の基部からの球の鉛直な開始高さを記録する。
- シミュレーションを実行し、球が斜面の下端に達する直前の速度表示（プローブ）を記録する。
支配方程式
重力位置エネルギー — PE = m·g·h
斜面の基部からの球の高さには、離す前の重力位置エネルギーが蓄えられている。これは、球が転がり落ちるにつれて運動へ変換されるエネルギーの総量である。
運動エネルギー — KE = ½·m·v²
摩擦のない斜面では、球が下端に達するまでに開始時の位置エネルギーはすべて運動エネルギーへ変換される。これが最終速度を決める。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 各行について、測定した下端での速さを用いて 1/2 m v^2 を計算する。重力位置エネルギーの列と比較して、何に気付くか？
- 3回の試行では斜面の角度が異なる。同じ開始高さなら、角度だけを変えることで最終的な速さは変化するか？エネルギー保存を用いて理由を説明する。
実験以外での活用
- 重力位置エネルギーの列は質量に依存するが、測定された最終速度は依存しない。摩擦のない斜面で、重い球が軽い球より速く下端に到達しない理由を説明する。
- 現実の斜面には摩擦があり、実際に転がる球は回転するためにもエネルギーを使う。実際の球の最終速度は、摩擦なしの予測より高くなるか低くなるか？理由を説明する。
- 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 — Force, mass, and motion
- 予測：質量は関係ある？
- 変更：ボールの質量を2倍に
- 実行：2回試行を記録
- グラフを見る
- 説明：驚きの結果
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。