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きばらじ

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6月10日　第283回　きばらじ　Smart Brainで講座を作ってみる

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【おむすびころりん】おむすびの形状と具は、斜面を転がる速度に影響があるのか

CATEGORIES　eラーニング, きばらじby.o.nakamura1 Comments2011.06.04

唐突ですが、皆さんは、おむすびころりん、という昔話をごそんじでしょうか。お昼ごはんのおむずびを転がしてしまったおじいさんが、とネズミ型ヒューマノイドとの交流そして苦悩を描く、ハートフル冒険活劇だったような気がしますが、とにかく、その冒頭部分は以下のようになっております。

おむすびころりん

さて今日のテーマは、こちらです。

今日おテーマは、おむずびの転がる速度について

ずばり、おむすびの形状や重さは、転がる速度に影響がるのかどうか、です。

ただし、おむすびをそのまま利用すると、いろいろと差し障りがあるますので、ここでは以下のように適当な斜面と形状や重さの異なる容器を用意しました。

ホワイトボードの裏側で構成された適当な斜面

形状や重さ、中身の異なる物体を用意

これらを転がして実験してみたいと思います。動画で結果をアップしていますので、正解映像を見る前に、皆さんも一緒に考えてみてください。

Q1　重いものと軽いもの、斜面を転がるスピードはどうでしょうか。

同じ形状、中身で、重さの違う容器を用意し同時に斜面を転がしました。この時の動作として正しいものはどれでしょうか。

ア.重いほうが速い
イ.軽いほうが速い
ウ.どちらも同じ

できれば、なぜその答えなのか、についても考えて頂いたほうが面白いです。それでは、正解を見てみましょう。以下の動画を再生させてください。

如何だったでしょうか。当然の結果？それとも意外な結果？　回答の際に、ガリレオがピサの斜塔から重い球と軽い球を落として同時に着地した話、などを連想してしまうと、これは意外な結果と思えるかもしれません。
これは、解説の長谷川博士によると、「重さが大きいことで物体と斜面とのグリップが増し、より効果的にエネルギーを速度に変換できるからではないか」という事でした。そういえば、路面へのグリップ力が速度に影響という感じで、車とタイヤの関係でも似たような話を聞いたことがあるような・・・。聞いてみれば当たり前のような気もするのですが、「重くても軽くても速さは一緒」という先入観があったので、初回に実験したときには、この結果を意外に思いました。
（「嘘だっ！」と思う方は、簡単に実験できるので、自宅などでお試し下さい）

さて、実験はどんどん続けていきます。次も考えてみましょう。

Q2　大きいものと小さいもの、斜面を転がるスピードはどうでしょうか。

中身で、形状の違う容器を用意し同時に斜面を転がしました。この時の動作として正しいものはどれでしょうか。

ア.大きいほうが速い
イ.小さいほうが速い
ウ.どちらも同じ

こちらも正解を見てみましょう。如何だったでしょうか。

はい、今回は小さいモノの方が早かったです。如何でしょうか。実は、この問題はちょっとした引っ掛け、というか嫌らしくつくりました。斜面を転がす場合に、形状は影響しますが、それは大きいか小さいかではありません。今回転がした大きいペットボトルは、普通のペットボトルなので、完全な円形ではなく、ゴツゴツした形状です。なので転がる際にこれが抵抗となり、滑らかな面で構成された方（小さい方と呼称した）と比べ、速度が落ちてしまったのではないか、と考えられます。

では、最後の設問を見てみましょう。

Q3　中身が水の場合、固体の場合、斜面を転がるスピードはどうでしょうか。

同じ形状、重さで、中身が違う容器を用意し同時に斜面を転がしました。この時の動作として正しいものはどれでしょうか。
（片方には液体（水）、片方には個体（チョーク）を詰めました）

ア.液体のほうが速い
イ.個体のほうが速い
ウ.どちらも同じ

これも正解を見てみる前に、なぜそうなの？ということも考えてみてください。可能ならば、ご家族や友人とも一緒に見ていただきまして、意見を戦わせていただけるとより楽しめます。（結構、意見が割れました。）

はい、中身が液体のほうが速かったです。中身、影響するんですねー。
これも解説の長谷川博士に聞いてみたところ、「液体の場合は、容器と中身の摩擦が軽減されるのでエネルギーのロスが少ない。例えば、湯のみにお茶を入れた場合、外側を回転させても中身に茶柱は（それほど）回転しない。そういうこと」といっておりました。おそらく、斜面を転がる際に、容器は中身を回転させながら転がっていくのですが、液体の場合は、固体の場合と比べて回転していない（ゆっくり回転している）部分があるので、その分のエネルギーを速度に変換させやすい、という事でしょうか。