力学
終端速度
着地前に速度が一定に近づき、空気抵抗が重力に追いつくと加速度 (a) が 0 に近づくのを観察してください。
終端速度 — インタラクティブな力学シミュレーション。着地前に速度が一定に近づき、空気抵抗が重力に追いつくと加速度 (a) が 0 に近づく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。
終端速度
落下物体が速くなると空気抵抗が増し、重量と平衡します。加速度はゼロに近づき、速度は一定に近づきます。
終端速度に達する前は重量が抵抗を上回り加速します。速度が増すと抵抗も増し、合力がゼロになります。その後、ほぼ一定の終端速度で落下します。
- F_net = mg − F_drag
- 終端速度で: a → 0
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
スカイダイバーは空気中を落下し、速度とともに増える抗力を受けます。体勢を変えて抗力を増やすと、定常落下速度（終端速度）は抗力が小さい場合より高く、低く、同じになるでしょうか？
検討する予測
- 空気抗力が大きいほど終端速度は高くなります
- 終端速度は空気抗力によらず同じです
- 空気抗力が大きいほど終端速度は低くなります
可変的な役割
設定するもの：
- 質量 (kg)
- 空気抗力
測定するもの：
- 終端速度 (m/s)
- 終端速度での KE (J)
実験の進め方
- Terminal Velocity プリセットを開きます。スカイダイバー（球）は場面上部から重力と空気抗力を受けて落下します。
- 速度プローブがスカイダイバーに取り付けられていることを確認し、インスペクターパネルで質量と空気抵抗（frictionAir）の値を確認しなさい。
- 各行で質量と空気抗力を設定し、プローブの速度が変化しなくなるまで実行します。床に着く前に定常値へ近づく速度を記録します。
支配方程式
平衡時のニュートン第二法則 — F = m·a
合力は質量と加速度の積です。速度が増すと上向き抗力が増え、重力とつり合って合力と加速度がゼロになり、速度が一定になります。
運動エネルギー — KE = ½·m·v²
運動エネルギーは質量と速度の二乗の積の半分です。終端速度では、このエネルギーを保ったまま空気抵抗が熱として連続的に除去します。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 各行について、測定した終端速度に空気抵抗の値を掛け、さらに 60 を掛けてください。ちょうど 9.8 ではなく、9.8 ×(1 − 空気抵抗)に近い値になるはずです。なぜでしょうか。シミュレーションは抵抗を連続的にではなく 1 フレームに 1 回適用するため、ちょうど (1 − 空気抵抗) の分だけ小さくなります。それでもこのつり合いは、スカイダイバーが加速しなくなったときの力について何を教えてくれますか。
- 全行で質量は同じです。見つけた関係に質量は現れますか？データから、重いスカイダイバーは軽い人と異なる終端速度に達しますか？
実験以外での活用
- 実際の空気抵抗は速度に正比例せず速度の二乗で増え、断面積と質量にも依存します。腹ばいの『スプレッドイーグル』姿勢と足からの急降下で終端速度がどう変わるか、質量がなぜ重要かを予測します。
- パラシュートを開くと空気抗力が急増します。見つけた関係から、開傘直後に落下速度がどうなるか、なぜ新しい終端速度へ瞬時には達しないかを説明します。
- AP Physics 1 — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.2 Forces and momentum
- General High School Physics — Forces & Newton's laws
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- 終端速度へようこそ
- スカイダイバーを選択
- 再生
- 速度が一定に
- 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。