マクスウェルの車輪を使ってのエネルギー実験

高校向け理科教材の開発を目標に活動している”ティーチ・サイエンス”の第3回活動報告です。
物体を回転させるにはエネルギーが必要です.
自転車も人間がこがなければ回転しません.
回転していた車輪は,坂を上ると止まります.
逆に,止まっていた車輪でも坂を下ればどんどん回転します.
これは,物を高いところに持ち上げるのにはたくさんのエネルギーが必要なのに対し,物を低いところに下げるとエネルギーをもらえることと対応しています.
この高さ(位置)に由来するエネルギーを位置エネルギーと呼びます.
日常でも,自転車の他にも,川の流れを回転に変える水車や水力発電タービン,など,
位置エネルギーを回転のエネルギーに変えて有効に活用しています.
今回の活動では、位置エネルギーから回転エネルギーへの変換を 【マクスウェルの車輪】という装置を使い実験を行いました。     装置のひもを伸ばした状態で、車輪をつり下げ、高低差を測定しているところ。 車輪を初期位置に置いているところ この状態から手を離すと、自転車が坂道を下るようなもので車輪は回転を速めながら下に落ちていきます。   回転しながら落ちていく様子です。 落下距離と落下に要した時間を測定します。  
車輪の回転のし易さに当たる慣性モーメントと,実際にどれくらい回転エネルギーが得られたのかを計算しました.
慣性モーメントは,ものの形や材質で決まるもので,この装置を使うと様々なものの回転のし易さが測れてしまうのです.
 
日常のさまざまなシーンに科学(サイエンス)が潜んでいて,そして時には活用されていることに驚きます.
「ティーチサイエンス」では,そんなサイエンスに楽しく気づける理科教材の作成を目指しています.
 
* 人物写真については、本人の承諾を得て掲載しています.
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