今週の午後の時間は、物理の授業です。
自転車のホイールを使って、ジャイロ効果の検証を行いました。
＜ジャイロ効果＞
１、外部から別の力が加わっていないかぎり、回転軸の方向を保つ性質
２、回転の勢いが大きい(回転が速い)、回転する物体の質量が大きい(重い)ほど、回転軸の方向を変えにくい性質
３、外部から回転軸を買えるように力が加えられるとき、加えられている力の軸および自転軸と直行する軸について振れ回り運動をする性質。
Wikipediaに書かれていたものを少し簡単にしましたが、それでもなかなか難しい話ですね。
なので、もう少し簡単にすると……。
１、回っているものは何にも触れなければ同じ向きをキープし続ける
２、速く回っているほど、重いほど、向きが変えにくい
３、回っているものに別の向きの力を加えると加えた力の向きの真横方向に動いてしまう
そんな性質のことを「ジャイロ効果」と言います。コマは回っていると倒れない、アメフトのボールは回っていると遠くまで投げられる、そんなことを考えるとイメージできるのではないでしょうか？
実験では、自転車のホイールを使って、２・３の性質を確かめました。
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| 実験１ 立った状態でホイールを回し、左右に倒してその倒れやすさを比べてみます。 |
回っていないと簡単に向きを変えられるホイールが、少し回転している(20rpm程度)だけでぜんぜん言うことをきかなくなります。さらに、スピードを上げる(200rpm程度)と、もっと大変なことに……！(ジャイロ効果２)
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| 実験２ 椅子に足を浮かせて座った状態でホイールを回し、左右に倒して椅子の動きを見てみます。 |
今度は立った時よりも左右に倒しやすくなりますが、どういうわけか自分の意思に関係なく、椅子が左右に回り始めてしまいます。ゆっくり倒したときよりも急に倒した時の方がグルッ！っと回るようです。(ジャイロ効果３)
続いて、「自転車はなぜ曲がれるのか」をみんなで考えてみました。
左に曲がりたい場合、ハンドルを左に切るだけとタイヤはジャイロ効果３により、外側(右側)に倒れてしまいます。タイヤは自転車にくっ付いていますから、当然、自転車も外側に倒れてしまいます。
倒れないようにするためには……。
Ｋさんの答え「もっと内側に倒す」
そう、それが正解です！
実はハンドルを左に回すから自転車は曲がれるのではなく、車体を左に倒すから曲がれるわけですね♪
自転車はまだスピードが遅いからあまり倒す意識しませんが、バイクは倒さないと曲がれません。
(車体を左に倒す向きに力を加えると、ジャイロ効果３により、なんと、勝手にタイヤも左を向きます。)
最後にちょっとした工作をしました。
ペットボトルを切って、ビニルテープを巻いただけですが、これに回転がかかるとジャイロ効果でとてもよく飛びます。来週はグラウンドでこれを投げてみて、ジャイロ効果１の検証を行います。7～80mも飛ぶらしいですが、うまくいくでしょうか……。
