なんでだろう？
同じ重さの2種類の荷台をのせ変えて、壁にぶつけた時のクルマのはね返る距離を比べます。赤いオモリより青いオモリをのせたクルマの方が、はね返る距離がずいぶん短くなりました。荷台の重さは同じ、壁にぶつかる勢いも同じなのに、はね返る距離が異なるのはなぜでしょう？
そうなんだ！
走っているクルマは、運動エネルギーを持っています。同じ重さのクルマを同じスピードで壁にぶつけると、衝突後も同じ量の運動エネルギーを持つことになるので、はね返る距離は等しくなるはずです。そうならなかったのは、2つの荷台のオモリに細工をして、少し違う条件にしていたからです。赤いオモリは荷台にしっかり固定しました。青いオモリは自由に動くように宙づりにしました。オモリが動く荷台では、壁にぶつかるとオモリが揺れます。運動エネルギーの一部がオモリを揺らすことに使われるので、オモリを固定した荷台よりも運動エネルギーが減少し、はね返る距離がぐんと短縮されたのです。
1. スチレンボード（厚さ1cm、11cm×17cm） 1枚
2. 発泡スチロールの円筒（直径5cm、長さ8cm） 1本
3. ストロー 2本
4. 竹ぐし（18cm ) 2本
5. プラスチックの下敷き 1枚
6. プラスチック容器（10cm×12cm程度） 2個
7. 乾電池（単1） 2個
8. 輪ゴム 8本
・接着剤（発泡スチロール用か木工用）
・セロハンテープ ¡カッターナイフ
・はさみ ¡定規
・斜面を作る厚紙と本など
実験で使用した材料の詳細
実験で使用した材料の詳細
・スチレンボード：大創産業 カラーボード（サイズ約450×300×厚さ10mm）
・発泡スチロールの円筒：大創産業 発泡パーツ 円柱Φ50mm
・ストロー：大創産業 ストレートカラーストロー（直径約5mm）
・竹ぐし：大創産業 あじわい竹串18cm 150本入
・下敷き：大創産業 A4 Drip Mat カラー下敷 半透明
・プラスチック容器：大創産業 カレー用保温パック 2個組
・単一乾電池：大創産業 マンガン乾電池単一形（2個入）
※実験材料の一例です。準備する際の参考にしてください。
[実験の注意]
・ＮＧＫサイエンスサイトで紹介する実験は、あくまでも家庭で手軽にできる科学実験を目的としたものであり、工作の完成品は市販品と同等、もしくは代用品となるものではないことを理解したうえで、個人の責任において実験を行ってください。
・必ず手順を読んでから工作・実験を行ってください。
・器具の取り扱いには十分注意し、けがをしないようにしましょう。
・小学生など低年齢の方が実験を行う場合は、必ず保護者と一緒に行ってください。
-
1
ストロー2本を12cmに切って、スチレンボードにセロハンテープで固定します。
-
2
発泡スチロールの円筒を2cmの厚さに輪切りにして車輪を4個作ります。車輪の中心に竹ぐしで垂直に穴を開けておきます。
-
3
①で使ったストローの残りを1cmの長さに切り、開いて中心に穴を開けたものを4個作ります。
-
4
竹ぐしのとがっている部分を切り落とし、①のストローに通します。③の部品をはめて車輪と竹ぐしを接着し、十分に乾かします。
-
5
下敷きを1cm×20cmに切り取り、セロハンテープでクルマの前部に固定します。
-
6
2本つないだ輪ゴムを2組用意し、それぞれプラスチック容器の対角線にかけてテープでしっかり固定します。
-
7
輪ゴムが交差している部分に乾電池をのせ、テープを巻いて宙づりにします。
-
8
もう一つの容器は底にテープで乾電池を固定し、重さをそろえるために輪ゴムを4本かけます。
-
9
厚紙と本などで斜面を作ります。荷台の一つをクルマに固定し、斜面から転がして壁などに衝突させ、はね返る距離を観察します。荷台を交換して、はね返る距離の違いを観察しましょう。
実験を成功させるコツとヒント
・エナメル線の皮膜をはがす部分は、皮膜が残らないように完全に取り去ってください。また、皮膜を残す部分は皮膜を傷つけないように注意してください。
・コイルの中心と両端のリード線が一直線になっていないと、うまく回転しません。回転軸が一直線になるように調整してください。
・コイルをクリップにセットしても反応しないときは、乾電池とクリップの接触を確認してください。指で押さえると回り出す場合は、接触不良です。
・長時間通電し続けるとコイルやクリップが熱くなります。実験が終わったらコイルをはずしてください。
つぶれて衝撃を吸収するバンパー
自動車の前後についているバンパーは、衝突時の衝撃を吸収する役割を持っています。バンパーはプラスチックや金属でできていて、中はほとんど空っぽです。ぶつかると、バンパーが変形することで運動エネルギーを減少させます。つぶれたバンパーのおかげで、車や人への衝撃がやわらぐのですね。
ジャストミートで球技に強くなる
野球やテニスでボールを芯で打ち返せないと、手がしびれてしまいますね。これは、ボールがバットやラケットに衝突するときの衝撃を体が吸収しているからです。飛んできたボールは、芯に当ててジャストミートすると運動エネルギーを効率よく利用できるので、強い球が打ち返せます。
はね返らないクルマで実験するとどうなる？
クルマにバネをつけて壁にぶつけると、衝突の前後で運動エネルギーの量があまり変わらないので、オモリを固定したクルマは長い距離をはね返りました。それでは、バネのついてないクルマで衝突をさせる場合を考えてみましょう。すると、オモリを固定したクルマも衝突後はほとんどはね返らないので、まるで運動エネルギー消えてしまったように見えます。実際は、はね返らない衝突では、車自体を構成する物質の分子が揺れてエネルギーが使われたのです。衝突による衝撃が車を構成する物質の分子を揺らし、熱に変化しました。ほんのわずかですが、衝突後の車は熱くなっているのです。
NGKサイエンスサイトで紹介する実験は、あくまでも家庭で手軽にできる科学実験を目的としたものです。工作の完成品は市販品と同等ではなく、代用品にもならないことを理解したうえで、個人の責任において実験を行ってください。
NGKサイエンスサイトは日本ガイシが運営しています。ご利用に当たっては、日本ガイシの「プライバシーポリシー」と「ご利用条件•ご注意」をご覧ください。
本サイトのコンテンツ利用に関しては、本サイトお問い合わせ先までご相談ください。
