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】
材料 | 個数 | 備考 |
ボール |
1つ |
|
ヒモ |
1本 |
ボールとヒモで単振り子を作る。 |
棒 |
1本 |
密度が一様なもの。実体振り子を作るために使用。 |
【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】
- 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。
- 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。
- 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)
Last modified: Wednesday, 7 May 2014, 10:20 PM