ガウス加速

超高速ビーズ加速器(No.240)

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超高速ビーズ加速器 超高速ビーズ加速器

実験監修:教育学博士 滝川洋二 
※監修者の役職は掲載当時のものです。
企画制作: 日本ガイシ株式会社

実験の説明

なんでだろう?

並んだ球に鉄球をぶつけると、先頭が勢いよく飛び出しました

そうなんだ!

ガウス加速器を知っていますか? 2個以上の鉄球と磁石を並べて置き、もう1個の鉄球を磁石にぶつけます。
すると、いちばん端の鉄球が、ぶつけた鉄球より速い速度で飛び出すという装置です。今回は端の鉄球をプラスチックのビーズに替えて実験しましょう。すると、さらに勢いよく超高速で飛び出します。
超高速加速の秘密を解く前に、まず通常のガウス加速から考えてみましょう。運動量保存の法則に従うと、並べて置かれた球に別の球をぶつけた場合、運動エネルギーが次々に伝わるので、端の球がぶつけた球とほぼ同じ速度で飛び出します。ところが、ガウス加速器では鉄球を磁石にぶつけるので、鉄球は磁力によって引っぱられます。磁力は距離が近いほど大きく作用するので、ぶつかる直前には非常に大きく加速し、その運動エネルギーが端の球に伝わるので、ぶつけた球より高速で飛び出すのです。では、ビーズが鉄球よりさらに高速になるのはなぜでしょう?
ひとつは球の質量です。同じ大きさのビーズは鉄球より軽いので、同じ運動量を与えられると鉄球より速く動きます。もうひとつは磁力の影響です。鉄球では飛び出す際にも磁力が作用し、運動エネルギーが磁力で一部打ち消され、減少します。ビーズでは磁力の影響がないので、鉄球より高速になるのです。

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