投射運動と運動エネルギー
1 · 予測
ボールをより速く発射すると、発射時の運動エネルギーと最大高さはどのように変化するか？
- どちらも増加する
- 変わらない
- 運動エネルギーは増加するが高さは変わらない
2 · 準備
- 投射運動シミュレーションを開き、「リセット」を押す。
- 速度プローブと高さの表示を有効にする。
- 各試行の発射速度を設定し、「再生」を押して最大値を記録する。
3 · データ収集
| 質量 m (kg) | 発射速度 v (m/s) | KE = ½mv² (J) | 最大高さ h (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 8.00 | ||
| 1.00 | 10.00 | ||
| 1.00 | 12.00 |
最大高さ h（縦軸）を発射時の運動エネルギー KE（横軸）に対してプロットする。
4 · 分析
- 1回の試行について KE = ½mv² の計算過程を示し、シミュレーションの運動エネルギー表示と比較する。
- 発射時の運動エネルギーと最大高さの関係を説明する。線形か？表の数値を引用すること。
5 · 発展
- 速度を一定にしたとき、最大高さが最も大きくなる発射角は何度か？理由を説明する。
- 現実の投射物は表から予測される高さに達しない。失われたエネルギーはどこへ行くか？
この実験の物理
運動エネルギー
各試行で設定した質量と発射速度から決まる、発射時の運動エネルギー。
重力位置エネルギー
ボールの最高点の高さに蓄えられるエネルギー。空気抵抗を無視すれば力学的エネルギー保存により、発射時の運動エネルギーと等しくなる。この関係をデータ表で検証する。