理科実験メモ ５年「ふりこのはたらき」

小学校の理科実験に詳しいリーゾスタッフに聴くシリーズ。

今回は、５年生の「ふりこのはたらき」の実験についてレポートします。

さっそくですが、いわゆる「振り子」が一往復するのにかかる時間は、何で決まるのか、

覚えていますか？

５年生に、自由に考えを発表してもらうと、

「おもりを最初に高く持ち上げると早くなるんじゃないか（＝振れ幅）」とか、

「糸の長さを変えたら変わりそう」とか、

「おもりが重いほうが早いに決まってる！」とか、

いろいろな意見が出てきます。

まあ、これ以外にも出るのでしょうが、実験の都合上、この３つに集約させて、

いよいよ実験に入ります。

まず、実験に使う振り子の装置を作ります。

用意するものは、タコ糸、おもり、スタンド、分度器の拡大コピー、クリップです。

振り子は、タコ糸の先におもりをくっつけて作ります。

おもりとしては、ビー玉のほか、ほぼ同じ大きさで重さの違うもの

（中が空洞のプラスチック球、スーパーボールなど）を３段階で用意します。

おもりをつるす台には、理科室にある「スタンド」を利用します。

スタンドにクランプで横棒を取り付け、横棒にクリップでタコ糸を留めて振り子にします

（クリップで留めておけば、糸の長さを変えやすいです）。

振れ幅を計るために、分度器を拡大コピーしたものを厚紙に貼り、

クリップの位置にあわせて固定します。

分度器の角度の表示は端からになっているのですが、

この実験では垂直下向きからの角度を測りたいので、

角度の表示を書き直しておくとスムーズです。

（下手なイラストで恐縮ですが、実験装置の概略図です。）

これで振り子の装置は完成。いよいよ実験です。

班ごとに、「ストップウオッチ係」「角度（をチェックする）係」「おもりを持つ係」「記録係」を決め、

チームワークで実験します。

ひとつの条件ごとに、振り子が１０往復する時間を、ストップウオッチで計測し、

同じ実験を５回行って平均を取ります（意外と本格的！）。

まずは振れ幅。例えば「15度」と「30度」の2通りで実験します。

この結果は、「変わらない」になるのが正解ですね。

次に、糸の長さ。振れ幅は一定とし、例えば、２５センチ、５０センチ、１００センチの３通りで実験します。

この結果は、「変わる」（糸が長いほど時間が長くなる）となります。

次に、おもりの重さ。糸の長さと振れ幅は一定とし、軽いもの、中間のもの、重いもので試します。

この結果は、「変わらない」になるのが正解です。

つまり、「振り子が一往復するのにかかる時間は、糸の長さによって変わるが、

 おもりの重さや振れ幅によっては変わらない」という結果が導かれます。

物理が苦手な方でも、メトロノームや、振り子時計を思い出せば、

「ああそうか」と納得できるのではないでしょうか。

いわゆる、『振り子の等時性』ですね。

子供たちにとっては、ちょっと意外な結果なようです。

この実験の落とし穴としては、

×）タコ糸の先におもりがなかなかくっつかない・・・。

→コツとしては、ビー玉に両面テープを一周巻き、タコ糸をかけてから、

ガムテープで止める、のがよいそうです。

×）理科室のスタンドに問題が・・・

→数が足りない、さびて汚い、ねじや棒がない、など、とにかく状態が悪いことが多いので、

あらかじめチェックし、必要に応じて磨いたり修理したりしておきます。

×）振り子を振る方向が斜めになり、分度器にぶつかる

→まあこれは、何度か練習すればたいてい解決するようです。

×）球状で、大きさがほぼ同じで、重さが適度に違うおもりがなかなかない

→何かいいものがありましたら、ぜひ教えてください。

（ネットで調べると、球状にこだわらず、フィルムケース等を使う先生もいらっしゃるようです）

班のメンバー、それぞれ自分の役割を真剣にこなしつつ、

全員振り子の揺れに合わせて顔が左右に動いてしまうのが、

先生から見ているととてもかわいく微笑ましいとか。

「（振り子の往復にかかる時間が）同じ」と言い切るには正確な計測が不可欠ですが、

力を合わせてきれいなデータを出せたら、チームの一体感が生まれて気持ちがいいでしょうね～。

蛇足ですが、振り子といえばブランコ、ブランコといえば、

「アルプスの少女ハイジ」のオープニングでハイジが乗っているブランコ、

を思い出すのは私だけでしょうか？

あの長さのブランコだと、一往復するのにずいぶん時間がかかることになりますね・・・。

実はこのあと、６年生でも中学校でも「振り子の等時性」の続きは出てきません

（振り子自体は中学理科の「力学的エネルギー保存則」でちょろっと登場しますが）。

なぜここで等時性？と、なんだか不思議な単元なのですが、

中学入試には頻出するそうです。

ともあれ、５年理科唯一の力学分野。物理ってあとで苦手になる人が多いだけに、

自分の目で見てしっかり理解しておいて欲しいと思います！

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