ボールの転がる速さについて。

初めて質問します。何か文章に不備があればすみません。

ボールの種類によって転がる速さが違うと知りました。斜面を転がした時に、中身の詰まっているボール(スーパーボール、パチンコ玉など)と、空気で膨らんでいるボールでは、中身の詰まっているボールの方が転がるのが速いです。

なぜ、中身が空気だと遅いのでしょうか？
それと、パチンコ玉もスーパーボールも転がる速さは同じで、速度に重さ大きさは関係はないことまでは分かりましたが、それはなぜでしょうか？

小学5年生の子供に聞かれて困っています。
子供にも分かる説明でよろしくお願いいたします。

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/08/26 06:54

>質問にある、中身の軽いもののほうが遅い、

>は空気抵抗で、綿１ｋｇと鉄１ｋｇが落ちるのは、
>綿より鉄のほうが圧倒的に速い、というのと同じ話です。

これはまちがい。。

この理屈ではパチンコ玉とスーパーボールが
同じであることを説明出来ないですよね。

No.5 回答者： tekcycle 回答日時： 2015/08/26 02:06

極端なものを考えてみてはどうでしょう。

パチンコ玉に対して、同じ重さの風船のような球。
一体どれだけ大きなものになるでしょう。
両者を軽くうちわで扇ぐと、どうなるでしょうね。
自転車を漕いでスピードを出すと、強い順風状態でなければ、逆風を受けているようになりますよね。
物体が進むと、その物体から見れば、逆風を受けるようになるのです。

風船10個に対して、それと同じ重さの鉄球がどんなサイズなのか。風船一個となら、更にその1/10(直径だと半分弱)のサイズの鉄球ということになります。
計りは、0.01g単位で測れる安い電子秤量計があります。(愛用しています)
http://www.amazon.co.jp/s/ref=nb_sb_noss?__mk_ja …
ちなみに、キッチン用途ですと、0.1gで2kgまで、と、10kg20kgまで、という辺りのものが使いやすそうで、100gまでだとちょっと使いにくいでしょう。500gならある程度の用途をカバーする感じか。
鉄球は、自転車屋が取り寄せてくれると思います。東急ハンズにもあるでしょう。
どんな物なのか、実物を見てみるというのは良い経験になるでしょう。
水だとどのくらいになるのか、とか。プラスチックの板(総菜のパックの蓋を切った物でも良いです)にストローを立て、外側にボンドを流し込み、固定してやると良いでしょう。
ボンドは、
http://www.amazon.co.jp/セメダイン-超多用途接着剤-スーパーX-P20ml-AX-038/dp/B000TGLKPE/ref=sr_1_1?s=industrial&ie=UTF8&qid=1440522320&sr=1-1&keywords=%E3%82%BB%E3%83%A1%E3%83%80%E3%82%A4%E3%83%B3+%E8%B6%85%E5%A4%9A%E7%94%A8%E9%80%94%E6%8E%A5%E7%9D%80%E5%89%A4+%E3%82%B9%E3%83%BC%E3%83%91%E3%83%BCX
これが良いでしょう。

慣性モーメントは、
ひもの先におもりを付けて回すのに、ひもの長さが30cmなのと1.5mなのとで、どちらが回しやすいか、なんて辺りのことだろうと思います。
物理屋じゃ無いんでこの辺りは詳しくありませんが。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
紐の先につけてやってみます！

お礼日時：2015/08/31 00:32

No.4 回答者： chiha2525 回答日時： 2015/08/26 00:28

慣性モーメントと空気抵抗、２つが入り混じっています。

質問にある、中身の軽いもののほうが遅い、は空気抵抗で、綿１ｋｇと鉄１ｋｇが落ちるのは、綿より鉄のほうが圧倒的に速い、というのと同じ話です。

これに対して慣性モーメントの話があります。ボーリングの玉（ビー球でも良いですが）の２ｋｇと１０ｋｇのものを転がしたとき、どちらが速く斜面を転がるか？です。
直感的には（直感的な間違えは）１０ｋｇの方が速いです。軽い綿より重い鉄の方が速く落ちますからね。
少し物理をかじっている人は”同じ”と答えてしまいます。でも実はこれも間違えなんです。
実際は、慣性モーメントが１０ｋｇの玉の方が２ｋｇの玉より大きくなるので、１０ｋｇの玉のほうが転がるのが”遅く”なるのです。
この、直感的にも、ちょこっと物理をかじってる的にも、間違ったものが正解となるこの話は、よく物理の話のネタとして使われます。

が、今回のは、この慣性モーメントネタの話ではなく、純粋な綿と鉄の、綿のほうがゆっくり落ちる＝空気抵抗の大きい方がゆっくり転がる、というだけの話になっています。

ちょっと”シッタカ”が慣性モーメント云々の話を持ち出してる、という話でした。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
空気抵抗についても調べたいと
思います！

お礼日時：2015/08/31 00:30

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/08/25 20:41

ボールが斜面を滑らずに

転がり落ちるとすると、加速度は

a=gsinθ/(1+I/(mr^2))
(g:動加速度、θ:斜面の傾き、I:ボールの慣性モーメント、
m:ボールの質量、r:ポールの半径)

つまり、重さに対しての慣性モーメント(I/m)が大きいほど
遅くなります。
ボールの場合は、中空の場合がI/mが最も大きくなるので
最も遅く転がり落ちます。

子供向けには、ボールの中の重みが、ボールの中心から
外れたところにあるほど
転がりにくくなる という説明ではだめかな？

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
子供向けの説明も分かりやすく
そのまま教えました！

お礼日時：2015/08/31 00:28

No.2 回答者： fxq11011 回答日時： 2015/08/25 18:03

ガリレオがピサの斜塔から、重いもの、軽いものを同時い落として実験したそうな。

もし、空気抵抗のない真空なら、鉄球も羽毛も落ちる速さは同じと聞きました。
斜面を自由に転がり落ちる、原因となる力は重力です。
＞速度に重さ大きさは関係はないことまでは分かりましたが
重力＝重力加速度、は一様に作用して加速します、加速する速さは重さに無関係になります、１秒ごとに秒速９980cm/秒、速度が上がります。
加速された結果、速さを持った物体の運動エネルギーは重さ（質量の二乗比例します）。
同じ速さなら重たいもののほうが運動エネルギーは大きい。
実際に転がすときは、空気抵抗のほか、転がり摩擦抵抗もあります。
この抵抗に対して、運動エネルギが圧倒的に大きいと、簡単に抵抗に打ち勝ちますね、抵抗で減速されない＝速く転がる。
また、同じ重さにすると、中空のボールは非常に大きくなり（体積が大きい）、空気抵抗も非常に大きくなりますね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。
物理は苦手ですが、運動エネルギーなど
少し調べてみます。

お礼日時：2015/08/30 16:52