実体振り子を用いた慣性モーメントの理解

単振り子と実体振り子の周期を比較する。

【キーワード】

単振動、慣性モーメント

【目的】

一様な棒を例に挙げ、実体振り子の周期を理解させる。

【用意するもの】

【準備時間および実験時間】

10分

【実験準備】

単振子のヒモの長さを、棒の端から重心までの長さ（棒の半分の長さ）と同じになるように調整しておく。

【実験手順】【教員による説明】

1. 単振り子と実体振り子を同時に振り、周期を比較する。（結果）：実体振り子の周期が長いことがわかる。ここで、学生に実体振り子の有効な長さが、棒の端から重心までの距離よりも長い理由を考えさせる。
2. 実体振り子の慣性モーメントを求め、実体振り子の周期を計算させる。そして、棒の端から重心までの距離の4/3倍の単振り子の周期と等しいことを理解させる。
3. 単振り子のヒモの長さを、実体振り子の有効な長さ（棒の端から重心までの距離の4/3倍）と同じになるように調整する。実体振り子と単振り子を同時に振り、周期が等しいことを確認する。この結果から、質量が回転半径の二乗で慣性モーメントに寄与することを理解させる。

【動画】

【記事作成者】

三浦 裕一（名古屋大学理学研究科）