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力学

力学

力のベクトル和の実験による検証 力のベクトル和の実験による検証

力がベクトル量であることは日常的に体験しています。
しかし目に見えないため,認識できていない場合があります。
物理の基礎である力をベクトルとして再認識する,平面内の3力のつりあいを実験します。

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自由落下 自由落下

等加速度運動の好例である自由落下を観察・測定して,重力加速度gを精度良く求めることができます。
落下する距離を変えてもgが同じであることより,加速度・速度・落下距離の間の関係も指導できます。

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万有引力定数 万有引力定数

キャベンディッシュのねじり振り子法で万有引力定数Gを測定します。この実験での鉛球間の引力は1E-10(N)オーダーです。
変位角度は電気的センサーで測定し,PC上に角度と時間のグラフを表示します。

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斜方投射 斜方投射

鉛直投上げでも斜方投射でも,「物体が進んでいる向きに力が働いている」という謝った素朴認識は多くの人が今も持っているようです。
射出力が一定な装置を使用して,初速度と力によって運動が決まるという事を明確に実験できます。

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振り子の楕円振動 振り子の楕円振動

複雑に見える運動を成分に分けて把握する,物理で頻繁に使用する手法です。
ここでは楕円運動という軌道を記述する関数は複雑でも,xy成分に分けてみるとそれぞれが単振動で容易に記述できることを検証します。

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振り子の周期 振り子の周期

振り子運動(単振動)は力学だけでなく物理の他分野でも重要な運動です。
振り子運動と振り子の長さ・働く力の関係を調べる為のユニークな実験器です。見かけの重力を変化させるという印象深い実験です。

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動摩擦力と静止摩擦力 動摩擦力と静止摩擦力

摩擦力が法線力(垂直抗力と同じ大きさで向きが正反対の力)に比例し,接触面積には依存しない事を確かめます。また,最大静止摩擦力>動摩擦力も確認します。

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バネによる単振動 バネによる単振動

バネによる単振動を非接触の位置センサーを用いて記録・解析します。運動方程式から正弦波の解を求め実験結果と比較することで,角振動数・位相・振幅など単振動を決定するパラメータの理解を助けます。

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斜面上の物体 斜面上の物体

斜面の置かれた物体に働く重力を斜面垂直・斜面水平の2力に分解し考えることで,斜面を下っていく運動を扱います。ここではローラーを用いることで剛体の回転運動も考慮します。

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ケーターの可逆振り子 ケーターの可逆振り子

慣性モーメントや重心位置を求めることなく,正確な重力加速度を求めます。

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平らな梁(はり)のたわみ 平らな梁(はり)のたわみ

平らな梁(はり)に負荷をかけたときの変形(たわみ曲線)を測定し,ヤング率を求めます。工学系では材料力学の基礎ですが,物理的にも興味深い解析となります。

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円柱形ロッドのねじり変形 円柱形ロッドのねじり変形

単純ねじりで扱える様々な材質・形状の円柱材のねじり振動を測定し,剛性率を求めます。平らなはりのたわみ(UE1090200)と併せて材料力学の基本となります。

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