ホバークラフトで運動の実験

(C)TOSSインターネットランド>中学校>理科>運動　　　　　　　　　　　　作成：小森栄治（TOSS中学）

ホバークラフトで運動の実験

３年生の選択理科で使える．
　ヒシエス誠文社のホバークラフトを使用．

ホバークラフトを使って，いろいろな条件で運動のようすを調べてみよう！

　コースを紹介します．

　【実験１】　ホバークラフトで遊ぼう

　【実験２】　水平な机の上で走らせよう

　【実験３】　斜面の上で走らせよう

　★注目すべき点は……
　　条件を変えると運動のようすはどう変わるか？
　　速さの変化（加速）には，何が関係しているのかな？
　

【実験１】　ホバークラフトで遊ぼう

　キットの中身を組み立ててホバークラフトを作りましょう．できあがったら，いろいろ遊んでみましょう．気づいたことは，メモしておきましょう．

　推進用のプロペラをはずして遊んでもよいですよ．

　・私が気づいたこと　　　　　　　　　　　・友達が気づいたこと

　これからあとは，推進用のプロペラをはずして実験します．

【実験２】　水平な机の上で

（１）浮上用のファンだけを回して，そっと押してみましょう．どんな動きをしますか？

（２）浮上用のファンをとめて，同じように押してみましょう．どんな動きをしますか？

（３）上の２つの運動の違いを説明してみましょう．

　では，どのくらいの力を出したらホバークラフトが前に進むか調べてみましょう．

（４）浮上用のファンを回して，ホバークラフトを輪ゴムで引っ張ってみましょう．

（５）浮上用のファンをとめて，ホバークラフトを輪ゴムで引っ張ってみましょう．

（６）上の２つの実験の違いを説明してみましょう．

（７）浮上用のファンを回して，そっと押したあとのホバークラフトの動きを机に水性ペンで記録してみましょう．印と印の間隔はどのようになっていますか？

　※メトロノームに合わせて，チンとなったときの位置に印を付けるのです．

　※ぞうきんで拭いても水性ペンが消えないような机の場合は，チョークで印を付けよう．

（８）上の実験で，ホバークラフトが手から離れたあと，進行方向に力は働いているでしょうか？

　・私の考え　　　　　　　　　　　　　　　・友達の考え

【実験１】の（１），（７）のように，

　同じ速さで，まっすぐに進む運動のことを
　　　　等速直線運動（とうそくちょくせんうんどう）といいます．
　等速直線運動では，移動距離は時間に比例します．
　

　等速直線運動のときには，進行方向には，力が働いていません．力がはたらかなくても前に進むというのは変に思うかもしれませんね．

　日常生活では，摩擦力がはたらいているため，力を加え続けないと物体の速さは遅くなり，止まってしまいます．

　たとえば，水平な道路でも，こぐのをやめれば自転車はだんだん遅くなります．摩擦力や空気の抵抗がなければ，水平な道路では，一度走りだした自転車はペダルを踏まなくてもずっーと走り続けます．これが等速直線運動です．

　もっとも，摩擦が全然なかったら，自転車のタイヤがスリップするだけで全然加速できない（動き出すことができない）でしょうが……．

　摩擦のある世界では，摩擦力と推進力（上の自転車の例では自転車をこぐ力）がつり合っていれば，等速直線運動になります．

【考えてみよう】

　摩擦力がなかったら，どんなことが起こるかできるだけたくさん書いてみよう．

【やってみよう】

　ホバークラフトは，空気を吹き出して浮き上がり，摩擦をなくしています．

　逆に床から空気を吹き出して浮かせて遊ぶゲーム（エアホッケー）が，ゲームセンターなどにありますね．等速直線運動になっているか実験してみましょう．

　エアホッケーのミニチュアおもちゃでも実験できます．

【読み物】　惑星探査機ボイジャーは，どこまで飛べるの？

　1977年に打ち上げられた惑星探査機ボイジャーは，木星の輪を発見したり，木星の衛星イオでの噴火活動を発見するなど数々の偉業を成し遂げました．このボイジャーは，どこまで飛べるのでしょうか？

　日常では，摩擦や空気抵抗がありますから，力を加えないかぎりどんどんスピードが遅くなり止まってしまいます．ところが，宇宙空間には空気がありませんので，空気抵抗がなくスピードは落ちないのです．同じ速度で飛び続けるのです．

　なお，ぶつからない限りといいましたが，宇宙はスカスカの空間です．ほかの星にぶつかる可能性は，ほとんどゼロに近く，永遠に飛び続けることになります．

　どこかで知的生物が拾ってくれるよう，金メッキしたレコード（THE SOUNDS OF EARTH）にいろいろな音楽や世界各民族の言語でのあいさつが録音してあります．夢があっていいですね．でも，宇宙人が聞いてくれる可能性は……

【実験３】　斜面の上で走らせてみよう

●用意するもの　　斜面用の板（スチール棚の棚板など）

●方法および結果

（１）教科書を２冊はさんで斜面を作り，浮上用のファンだけを回して，そっと手を離してみましょう．どんな動きをしますか？

（２）ホバークラフトの動きを水性ペンで記録してみましょう．印と印の間隔はどのようになっていますか？

（３）上の実験で，ホバークラフトが手から離れたあと，進行方向に力は働いているでしょうか？

　・私の考え　　　　　　　　　　　　　　　・友達の考え

（３）はさむ教科書の数を変え，斜面の角度を大きくしたり，小さくして同じように実験してみましょう．ホバークラフトの運動のようすは，どう変化しますか？

（４）斜面の角度を変えたときの運動の違いを説明してみましょう．

　では，斜面上のホバークラフトには，どのくらいの力が進行方向にはたらいているか調べてみましょう．

（５）浮上用のファンを回して，ホバークラフトを輪ゴムで支えてみましょう．角度を変えたらゴムののびがどう変化するかな？

　斜面で手から離れたあとのホバークラフトの速さは，だんだん速くなっています．「加速している」ともいいます．

　斜面の角度が大きくなるほど，ホバークラフトの加速が大きくなっています．これは，斜面の角度が大きいほど，加速する力が大きくなるからです．

　大きい力がはたらくほど，物体は加速が大きくなるのです．

　では，斜面の角度＝０にしたら，加速はどうなるでしょう？

　そうです．それが，水平な机の上でのホバークラフトの運動です．同じ速さで進みます．加速はゼロです．

　また，摩擦がはたらいているとき，進行方向とは反対向きに力がはたらいていますから，運動の速さはだんだん遅くなります．加速ではなく減速です．

　進行方向にはたらく力と，運動のようすをまとめると次のようにまります．

　　進行方向に力がはたらく　　　　　　→　加速される（だんだん速くなる）

　　進行方向と反対向きに力がはたらく　→　減速される（だんだん遅くなる）

　　進行方向に力がはたらいていない　　→　等速直線運動（同じ速さでまっすぐ進む）

　☆力がはたらかなければ，速さは変わらない．　☆力がはたらくと，速さが変わる．
　

【考えてみよう】　斜面の角度を９０゜にしたら，運動のようすはどうなるでしょうか？

　これは，「落ちる」そのものですね．ホバークラフトを落とすと壊れてしまうので，いらなくなった乾電池を落として調べてみましょう．床にはぞうきんをおきましょう．

　速くて見えないですって，ビデオで撮影してコマ送り再生で調べてみましょう．

※ガリレオガリレイは，ものが落ちるときの運動は速すぎて記録できないので，斜面上のスピードが遅い運動で実験したのです．