重力の斜面方向成分と自由落下を結ぼう

重力はどの斜面でも鉛直下向きです。それでも台車が斜面に沿って動くのは、重力を「斜面に平行」と「斜面に垂直」の二方向へ分けて考えられるからです。

このレッスンの役割

傾きが急なほど台車の速さが大きく増す実験結果を、重力の分解で説明し、斜面を鉛直に近づけた自由落下へつなぎます。

前から受け取る力：斜面角度と速さの増え方を実験で比較する力
今回完成させる力：斜面方向の重力成分が運動を変えると説明する力
次へ渡す力：記録とグラフから速さの増え方を数量で読む力

知る：重力を二方向へ分ける

垂直成分は斜面から受ける力とつり合います。平行成分は斜面下向きに残り、台車の速さを増します。

理解する：斜面が急になると自由落下へ近づく

斜面が急になるほど、重力の斜面に平行な成分は大きくなります。ただし重力全体が大きくなるわけではありません。

斜面が鉛直になれば、重力全体が運動方向と同じになります。空気抵抗を無視し、重力だけで落ちる運動を自由落下といいます。落下中も重力が働き続けるため、速さは増します。

例で使い、よくある誤答を直そう

同じ台車を緩い斜面と急な斜面で離すと、急な斜面では平行成分が大きく、等時間の距離の増え方も大きくなります。

「重力は斜面下向き」は誤りです。重力は鉛直下向きで、斜面下向きなのは分解した成分です。「落ち始めてから重力が生まれる」のでもなく、支えられているときも重力は働いています。

自分で確かめ、まとめて次へ進もう

斜面運動と自由落下は、運動方向の重力成分でつながります。次は記録とグラフから速さの増え方を読みます。

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。