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平らな板を斜めに置いて物を転がす実験をしました
 お茶350ml缶とツナ缶1つ
 (お茶の方が重い ツナ缶の方が直径は大きい)
 この時お茶缶の方が速い速度でした

 お茶350ml缶と ツナ缶4つをテープでつなげた物
(重さはほぼ同じ ツナ缶の方が直径は大きい)
 この時もお茶缶の方が速かった

 空のお茶350ml缶と 空のコーヒー250ml缶
 (重さ? お茶缶の方が直径は大きい)
 この時 速度は同じでした

以上の結果になったのですが 理由がわかりません
重さの関係なのか 大きさの関係なのか
中身の物質の関係なのか? 空気抵抗なのか?

お分かりになる方お教えください
小学生に説明出来るようにお願いします

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意味 MA」に関するQ&A: F=maの意味について

A 回答 (2件)

理由は下記URLで回答したことと同じです。

慣性モーメントが関係するので、慣性の概念(この概念は高校生にさえ難しいと思います。・・・F=maの意味を理解すること)さえ持たない小学生に説明することは無理です。

しかし、簡単に言ってしまえば、お茶は、ツナより粘性が低いので、慣性モーメントも質量のわりには小さいのです。つまり、缶はころがって、回転しても、中身のお茶はほとんど回転していません。このことから、「お茶缶の方が速い速度」という結論が導かれます。

厳密にさらに詳しく知るには、滑らずに、転がるという条件の下に、計算してみて下さい。

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2159473

この回答への補足

回答ありがとうございます
もう少し教えてください
簡単に言えば 中身が 固体よりも液体の方が回転しやすいってことですね
空の缶は気体(空気)同士だからほぼ同じになったと考えていいのでしょうか?
空の缶はお茶の入っている缶より遅かったので 液体より気体の方が回転が遅いということでいいですか?
ビールとお茶を比べた場合 少し違ってくるのでしょうか?

補足日時:2006/05/23 23:40
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>簡単に言えば 中身が 固体よりも液体の方が回転しやすいってことですね



そんな感じですね。慣性モーメントが大きければ、それだけ缶を回しにくくなりますから。

>空の缶は気体(空気)同士だからほぼ同じになったと考えていいのでしょうか?

そんな感じですね。この場合の中の空気の影響は無視できますから、実質、2種類の缶の容器の慣性モーメントと質量、直径の違いだけの影響を考えればよいのです。

>空の缶はお茶の入っている缶より遅かったので 液体より気体の方が回転が遅いということでいいですか?

この結果はどうでしょうか?空の缶の方が、お茶の入っている缶よりも遅かったのですか?もしそうならば、これは、缶が転がったときの、空気抵抗による影響によって、そのような結果になったものと思います。軽いものほど空気抵抗の影響を受けやすいですからね。もし、外の空気抵抗がないものとすれば、空の缶の方が若干、速い速度になります。

>ビールとお茶を比べた場合 少し違ってくるのでしょうか?

これはやはり実験をしてみないと何とも言えません。しかし、ビールとお茶では、密度や粘性にそんなに差はないように思えますので、たいして違わないでしょう。

この回答への補足

しつこくてすみません

>質量、直径の違いだけの影響を考えればよいのです。

重さと直径にも関係するのですか?
速いのは重い方? 軽い物は空気抵抗で遅くなるってことでいいのかな?
直径の大きい方小さい方?

乾電池の単1と単3(単1の方が重くて直径も大きい)
ではほぼ同じだったのですが
距離が足りなかっただけでしょうか?

補足日時:2006/05/24 09:21
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初めまして。初の投稿です。私は今医療系の大学なのですが、違う分野(地球環境)の大学院を受験しようと考えていて、物理(力学と熱)と数学を勉強しています。しかし、独学の為かわからないことが幾つもあり、頼れそうな先生や知り合いがいなかったので、ここで質問させて頂きたく登録しました。これから夏頃まで(?)宜しくお願いします。

早速ですが、今過去問を解いていてわからない問題です。
「中身の入っている常温の缶ジュース、完全に凍らせた缶ジュースと中身を飲み干して空になった缶の三つを斜面を滑ることなく転がせた場合、下に降りる速さの順番はどうなるか?その理由も答えよ。必要ならば式も書いてもいい。」
慣性モーメント(I=mr^2)の違いだろうとは何となくわかるのですが、どう違うのかわからないです。
凍らせたから、ジュースの体積が変化してrも変化するのか
なとか、色々と考えてみてはいるのですが・・・

Aベストアンサー

まず一度やってみて下さい。すぐに結果が出るはずです。

中のつまった2つの缶の場合についてです。
私は中に小石と発泡スチロールを詰めて質量を同じにしたものでやりました。2つを1mぐらいの長さの坂の上から同時に転がすと歴然とした差が出ます。教室の後ろの人が見ていても分かるものです。結果を見てから「どうしてと思う?」と聞きました。(授業では凍らせたものを使うのはやりにくいのでこういうのを用意しました。)
高校ではエネルギーだけで話を済ませました。始めに持っている位置エネルギーは同じです。回転に使わなければいけないエネルギーが多くなると落下のスピードが遅くなるという定性的な話で済ませました。中にあるもの全てを一緒に回さなければいけない場合と、缶(と液体の一部)だけを一緒に回すだけでいい場合とです。

カラの缶の場合は質量が変わっています。直接は比較がしにくいです。これは別に考察をしています。「半径、質量が同じで周辺部分に質量が集中している車輪と中央部に近いところに質量が集中している車輪が同じ回転数で回っているとするとどちらの回転の運動エネルギーが大きいか?」です。これはすぐに分かります。周辺に集中している方が大きいです。同じ位置エネルギーを与えたとき回転にたくさんエネルギーを必要とする方が並進の運動エネルギーは小さくなると考えられます。

缶だけの場合と凍った場合は剛体ですので慣性モーメントだけの議論でもすみます。難しいのはジュースが入っている場合でしょうね。

#5の方の御解答と同じ結論です。

まず一度やってみて下さい。すぐに結果が出るはずです。

中のつまった2つの缶の場合についてです。
私は中に小石と発泡スチロールを詰めて質量を同じにしたものでやりました。2つを1mぐらいの長さの坂の上から同時に転がすと歴然とした差が出ます。教室の後ろの人が見ていても分かるものです。結果を見てから「どうしてと思う?」と聞きました。(授業では凍らせたものを使うのはやりにくいのでこういうのを用意しました。)
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 よろしくお願いいたします。
 

Aベストアンサー

CoにもNiにも、「質量数」が違う同位体が存在します。
で、「原子量」は、「異なる質量数の混合状態での平均値」になります。

下記WebPageをみていただくとわかりますが、
Coでは質量数59のものでほぼ100%なのに対し、
Niでは質量数58のものが68%、質量数60のものが26%、といったように
複数の質量数のものが存在します。

Ni;
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8B%E3%83%83%E3%82%B1%E3%83%AB
Co;
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%90%E3%83%AB%E3%83%88

そのため、Niの原子量は

  58Ni×0.68 + 60Ni×0.26 + 61Ni×1.1 + ・・・
  (「58Ni」は、質量数58のにNi 1モルの質量)

によって算出されます。

従って、CoとNiの原子量を単純に比較してしまうと、
sakura54さんのように、「?」ということになります。
(58Niと60Niとの質量を比較した場合は、
 中性子2個分の通りの差です)

CoにもNiにも、「質量数」が違う同位体が存在します。
で、「原子量」は、「異なる質量数の混合状態での平均値」になります。

下記WebPageをみていただくとわかりますが、
Coでは質量数59のものでほぼ100%なのに対し、
Niでは質量数58のものが68%、質量数60のものが26%、といったように
複数の質量数のものが存在します。

Ni;
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8B%E3%83%83%E3%82%B1%E3%83%AB
Co;
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%90%E3%83%AB%E3%83%88

そのため、Niの原...続きを読む

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 この場合には、中心に「重り」2個を付けた棒の方が回しやすく、両端に「重り」を付けた棒は回すのに力がいります。

 これは、物理的には「慣性モーメント」といって、「止まっているものは止まり続けたがる」「回転しているものは、その回転数で回り続けたがる」という、一種の「慣性力」です。「はずみ車」のようなものを考えてみれば想像ができると思います。質量が外側に偏っているほど「はずみ車」効果が大きく、止まっているものを回転させるのに大きな力がいります。
 ↓ 一応ご参考まで
http://homepage2.nifty.com/eman/dynamics/angular.html

 ゴムボールのような「中が空気」のボールは、重さの主体である「ゴム」は中心から一番外側に存在し、球の中心には「空気」しかないので、「質量が外側に偏っている」状態なのです。
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(注)回転するときに「質量がある半径に集中して存在する」という架空の状態を考えた場合に、ゴムボールではほぼ「ボールの表面に集中して存在する」ことなになりますが、中身の詰まった球体の場合には、球体の半径の約0.8倍あたりに集中して存在するというイメージになります。これは、「その内側の球の質量」と「その外側の球殻の質量」が等しくなる半径です。

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ということになります。

 ただし、その差はそれほど大きくはありませんので、転がるときの「空気の抵抗」とか「斜面の状態」(凹凸や摩擦など)によって、実験してもそれほど差が出ないかもしれません。実験するときには、できるだけ条件を厳密に合わせて(できれば球体の直径や重さなども)、かつ差が出やすいように長い距離を転がすようにした方がよいと思います。

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 小学生のお子さんに説明するのに、「慣性モーメント」とか言っても分からないでしょうから、少し「何となくこんな感じ」という説明をします。

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