実験 中3理科の「斜面を下る運動」について

図のような装置で実験を行いました。
この時の運動エネルギーと位置エネルギー、力学的エネルギーはいくらになるのでしょうか。
始点・中間点・斜面の終点それぞれお願いします。
おおよその値は、高さは20cmで、斜面の角度は30度でした。力学台の長さは約130cmです。
力学車の重さはわからないので、aの文字でお願いします。
その他足りない情報があればお願いします。

質問者からの補足コメント

• あやふやですみません。斜面の角度が10度くらいです。
  高さは地面から斜面の初めの長さ、力学台の長さは、力学台そのものの長さです。

    補足日時：2015/06/17 14:21

No.1 ベストアンサー 回答者： 銀鱗 回答日時： 2015/06/15 18:14

中学生には難しくないか。

高校で習う内容だ。

斜度30度、スロープ長が130cmなら高さは簡単に計算できる。
高さ20cmはあり得ないんだ。60cmとか65cmとか言ってくれよ。（算数苦手か？）
でなければ高さの定義が間違っている。
　
重力「加速度」を考慮すればちょっと気の利いた連中ならあっさり解くかもしれん。
記録タイマーと言うのが分からないが、
紙が動く方向に対し垂直に一定速度で線を書いていくものなら放物線の片割れを描くだろう。
　
そのまま答えを教えてもらっても自分の力にはならないからあとは自分で考えるんだ。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2015/06/16 09:38

「運動エネルギー」と「位置エネルギー」は、高校物理でも何とか求められますが、本当の意味は大学あたりで理解することになります。

中学3年のレベルでは、残念ながら納得してもらえるような説明は難しいです。（うまい先生ならできるかもしれませんが、普通の説明では疑問が疑問を呼ぶ結果になります）

　この実験は、理由はともかく「どのようなことが起こっているか」という事実を把握するのが目的かと思います。「実験のやり方」とか「実験結果からわかること」などが指示されていると思いますので、それに従って進め、事実としてどうなっているのかを把握してください。

　「実験」では、必ず「誤差」や「不確実さ」があります。別のご質問で「0.1秒ごとの力学車の位置を測定する」ようなことが書いてありましたが、「0.1秒」の時間を正確に測るのは難しいですし、「動いているものの瞬間的な位置」を正しく測定するのも難しいのです。同じ実験を10回、20回と繰り返し、測定値の「平均」をとるなどして「誤差」を小さくする工夫も必要かもしれません。
　「記録タイマー」がどういうものかはわかりませんが、「機械やコンピューターが取ったデータは正確に違いない」ということはありません。そういったものにも必ず「誤差」があります。図では、「記録タイマー」に記録させるために、力学車と記録タイマーとを「紙」（ひも？）でつなげていますが、このために力学車は後ろに引っぱられながら斜面を下ります。「紙」（ひも？）に引っ張られてブレーキをかけながら下りますので、重力だけで自由に滑り降りるよりも遅くなります。どの程度遅くなるのかは、どのぐらいの力で後ろに引っぱられるかによりますが、その力は測定しませんよね？　強く引っ張られるようだと、手を放しても力学車は斜面を走りださないかもしれません。

　また、本当は「力学車の車輪を回すときの摩擦」とか、「力学車が斜面を下りてくるときの空気の抵抗」とか、「斜面のデコボコ」とか、測定できないものがたくさんあります。それは「大きさが小さいので、ないものとして考える」ということで無視して実験すると思いますが、そういったものも「誤差」の要因になります。


　おそらく、実験では「0.1秒ごとの、力学車の位置」を測定し、

（１）その0.1秒間に進んだ距離から、
　　　A(cm)/0.1秒＝A × 10(cm)/1秒
で「速さ」（秒速）を求め、

（２）その0.1秒ごとの「速さ」の差を、さらに「時間の差：0.1秒」で割って「加速度」を求める

のだと思います。

　中学の理科ではここまでで、「運動エネルギー」とか「位置エネルギー」までは必要ないと思います。
　知りたければ、高校に進学して物理を勉強するか、ちょっと難しいかもしれませんが「高校物理・力学」といった一般向けの本を読んでみてはいかがでしょうか。インターネット上では、いろいろなレベル（高校、大学からマニアまで）の情報がばらばらに存在し、体系的にきちんと順を追って説明されることが少ないので、「本を読んで」体系的に整理しながら身に付けることをおすすめします。

　例えば:
http://www.amazon.co.jp/%E6%96%B0%E3%81%97%E3%81 …

http://www.amazon.co.jp/%E5%AE%87%E5%AE%99%E4%B8 …

　ただし、中学では「中学でやるべきこと」をきちんと身に付けるのが先ですので、中3でやるべきことをきちんとやって、その上で余力があれば、ということにした方がよいと思います。
　中学でしかできないこと、高校に行ってからでも十分なことが多いですから。「今」に集中した方がよいです。