12月の5年生クラスの実験テーマは、「物体の運動②(ふりこ)」でした。 

 

ふりこは、ひもや糸の先におもりをつけて揺らす物で、一度揺らし始めるとずっと同じリズムで揺れ続けるというおもしろい性質(「ふりこの等時性」)を持っています。 

(この性質から、メトロノームや柱時計などに利用されています。)

 

 

 

揺れるリズムが一定とは、1往復する時間(=周期)が一定であるということ。 

では、ふりこの周期はいったい何で決まるのでしょうか。 

 

おもりの重さ?  

揺らし始めのひもの角度?  

それとも、ふりこの長さ……? 

 

この3つの仮説を実験で調べることにしました。 

 

まずは、ふりこの周期を測る練習から。 

 

タコ糸に5円玉を結び付けたふりこを揺らして、ストップウォッチで測ります。 

1往復は1秒程度なので、正確に測るの至難の業。3人で同時に測ってみましたが、タイムはかなりバラバラでした。 

 

そこで、ひと工夫。 

10往復の時間を測っておいて、それを10で割って1往復の時間を求めます。そうすると、相対的に誤差が10分の1になるのです。 

また、3人で測って平均を出すというのも、誤差を小さくする工夫です。 

 

それでは、実験開始! 

 

おもりの5円玉が1枚のふりこと2枚のふりこの周期を測ってみると、予想に反して、違いはありませんでした。 

おもりの重さは、周期には関係ないようです。 

 

次に、おもりを放す角度を30°と60°に変えて測ってみても、やはり周期は変わりませんでした。 

 

 

ふりこの長さを50㎝と100㎝にして測ってみると……結果は1.4秒と2.0秒! 

ふりこの周期を決めているのは「ふりこの長さ」だということがわかりました。 

 

ところが、ふりこの長さが倍になっても周期は倍になっていませんね。 

そこで、長さと周期の間にはどんな関係があるのか、いろいろな長さのふりこの周期を測ってみることにしました。 

 

50㎝の半分の25㎝では1.0秒、さらに半分の12.5㎝では0.7秒。 

100㎝の倍の200㎝では2.8秒。 

 

表にして並べてみると…… 

 

「ふりこの長さを□×□倍にすると周期が□倍になる」ことを発見しました! 

 

ということは、つまり、周期を3倍にするには、ふりこの長さを(3×3=)9倍にすればいいはずです。 

25㎝(周期1秒)の9倍の長さは225㎝。教室の天井からつるしてギリギリの長さ。 

机にぶつからないよう気を付けて揺らし、タイムを測ると…… 

 

予想通り3秒でした! 

 

最後は、楽しいオマケの実験。 

 

アニメ「アルプスの少女ハイジ」のオープニングに登場するブランコのシーン。 

 

 

周期を測ってみると8秒ありました。ブランコの長さを計算すると、なんと16m! 

これは5階建てのマンションぐらいの高さです。そして、いちばん下に来たときは、ジェットコースター並の速さ。 

ハイジはすごい遊具で遊んでいるのです!!びっくり

 

シンプルなふりこに潜む物理の法則を解き明かす、測定実験の回でした。