5 目 円運動(1) 的 等速円運動をしている物体の角速度と向心力の大きさの間に成り立つ関係を調べる。 仮説の設定 等速円運動をしている物体の角速度 ω と向心力の大きさ F の間には F ∝ 関係が成り立つ。（∝は比例関係を表す。） の 使用器具 ガラス管，ゴムせん，ワッシャー（おもり），ゼムクリップ，みのむしクリップ，ストップウォッチ， ものさし，糸 実 験 (1) 図のように装置を組み立てる。ゴムせんに糸の一端を結び付け，糸をガラス管に通し，糸の 他端にワッシャー止めクリップを結びつける。ワッシャーを数個付けておもりとする。ただし、 糸の長さは 1.5～2.0m とする。 (2) 糸の長さ l が、40～50cm くらいになるように，ガラス管の先端を小さく回転させ，ゴムせん を一定の速さで円運動させる練習をする。ゴムせんが回転している間の半径を一定にしておく ため，ガラス管のすぐ下で糸にかませたみのむしクリップを目印として，クリップが上下に動 かないように注意する。 （このとき，糸が水平になって円運動をすることが要求されるが，実際 には水平に保ちにくいことがわかる。しかし，糸の傾きがあっても糸の長さ l をそのまま円運 動の半径 r と考えてもさしつかえない。） (3) 要領がわかったところで，回転する糸の長さを 30cm，40cm，50cm，60cm，70cm から 1 つ 選び，ゴムせんを回転させ測定を行う。ワッシャーの数は 6 個ぐらいから始めること。 (4) 回転が一定になったら，20 回転に要する時間をストップウォッチで測定する。この測定を 3 回繰り返し，平均を求め，その値から平均の周期，角速度，(角速度)2 を求め，表に記入する。 (5) ワッシャーの数を 2 個ずつ増やして，(4)を繰り返す。ワッシャーの数が 16 個くらいになる まで行う。 (6) 角速度 ω と向心力の大きさ F（ワッシャーの数 n）の間の関係を調べるために，実験結果か らワッシャーの数と角速度のグラフ（n-ω グラフ）とワッシャーの数と(角速度)2 のグラフ（nω2 グラフ）をかく。 ガラス管 糸 みのむしクリップがガラス ゴムせん 管の下端に触れないように 回転させる。 ＜ゴムせんに糸を結びつける方法＞ ゼムクリップを曲げ てワッシャー止めに する。 ゼムクリップ 糸 ゴムせん 結果と考察 ワッシャー の数 n 〔個〕 20 回転に要する時間〔s〕 1 2 3 平均 平均の周期 T〔s〕 n－ω グラフ n n ワ ッ シ ャ ー の 数 ワ ッ シ ャ ー の 数 〔個〕 〔個〕 角速度 ω〔rad/s〕 (角速度)2 ω2〔(rad/s)2〕 n－ω2 グラフ ω ω2 (角速度) 2〔(rad/s)2〕 角速度〔rad/s〕 １．上のグラフから糸の長さ l が一定のとき，角速度 ω と向心力の大きさ F（ワッシャーの数 n） との間にどんな関係があるといえるか。 感想・反省 気温 月 班 日( ) 共同実験者 名 前 関 心・ 意欲 ℃ 年 組 番 名前 思 考・ 表現 実験 の技能 知識 ・理解 1・2・3・4 1・2・3・4 1・2・3・4 1・2・3・4
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