力学
ばね振り子
質量が単振動で上下するのを観察してください。
ばね振り子 — インタラクティブな力学シミュレーション。質量が単振動で上下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。
ばね振動
ばね付き質点は、ばねが変位に比例する復元力（フックの法則）を及ぼすため振動します。
伸びたり縮んだりすると、ばねは質点を平衡位置へ引き戻します。エネルギーはばねの弾性ポテンシャルと運動エネルギーの間で行き来し、単振動を生みます。
- F = −kx
- T ≈ 2π√(m/k)
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
ばねにつるす質量を2倍にすると、振動周期も2倍になりますか？
検討する予測
- 周期は2倍になります。
- 周期は変わりません。
- 周期は増えますが、2倍未満です。
可変的な役割
設定するもの：
- 質量 (kg)
- ばね定数 (N/m)
測定するもの：
- 周期 (s)
- 平衡伸び (m)
実験の進め方
- 力学モジュールで Mass-on-Spring プリセットを開きます。球が上方に固定されたばねからつるされています。
- 球に付いた速度プローブは振動中の瞬間速度を示します。
- 各行で質量とばね定数を設定し、少し引き下げて放し、振動を落ち着かせます。
支配方程式
ばねの周期（単振動） — T = 2π·√(m / k)
理想ばねで振動する質量の周期は質量とばね定数だけで決まり、振幅や重力には依存しません。
平衡点での運動エネルギー — KE = ½·m·v²
球は平衡点を通過するとき最速です。プローブの最大速度からそこでの運動エネルギーを求めます。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- T = 2π√(m/k) を用いて各行の周期を計算し、sandbox で計測した値と比較します。
- 1行目と3行目の質量比は1:4です。周期は何倍変わりましたか？√4 = 2 と一致しますか？
実験以外での活用
- 質量でなくばね定数 k を増やすと周期は増えるか減るか、予想する傾向をスケッチします。
- 球は重力で低くつり下がります（平衡伸び = mg/k）が、T = 2π√(m/k) に g は現れません。平衡位置は変わるのに周期が重力の影響を受けない理由を説明します。
- AP Physics 1 — Unit 7: Oscillations
- AP Physics C: Mechanics — Unit 7: Oscillations
- IB Physics — A.1 Kinematics
- IB Physics — C.1 Simple harmonic motion
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Stored (potential) energy
- ばね付き質点へようこそ
- 振り子を選択
- 再生
- 上下運動
- 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。