記録タイマー&ストロボスコープを使って物体の運動を測定しよう!

記録タイマーの使い方

「運動」ってどんなことでしょうか?

走ったり、サッカーすること!

そうですね!運動といえば、体を動かすことが思い浮かびます。

しかし、理科の世界の運動は体を動かすって意味じゃなく、

「物体が時間とともに位置を変える」こと運動といいます

だから、ボールが転がったり、車が動いたりするのも運動と呼びます。

動いた距離が大きいほど速いってことだね

運動とは「物体が時間とともに位置を変える」こと

今回は運動の速さについて調べていきましょう!

今回の課題

運動の速さを調べるにはどうしたらいい?

動画を撮ればわかる!

ですね!

それ以外はどうでしょうか?

スピードガンを使うのは?

それもありますね。じゃあそういう道具はどうやって”速さ”を求めているんでしょうか?

小学校で習った速さの公式を覚えていますか?

距離÷時間!

大正解!移動した「距離」と移動にかかった「時間」が分かれば、速さを求めることができるんでしたね。

ってことは、動画を撮って移動距離と動画の時間を調べたら、速さを求めることができますね!

速さを求める方法はいろいろありますが、今回は

・ストロボスコープ

・記録タイマー

の2つを紹介します。

どっちも距離と時間がわかるってことかな?

「移動した距離」÷「時間」=「速さ」で計算できる!

ストロボスコープ

さっそくストロボスコープの紹介をしていきます!

ストロボスコープは光を出す装置です。

光で速さがわかるの?

はい、光で速さがわかる原理を考えていきましょう!ストロボスコープは光を好きな間隔で点滅させることができます。

ストロボスコープを使って動画を撮るってみると、こんな風に物体の動きがわかりやすいね。

動画よりも動きがわかりやすい!

私たちはなんで物体をみることができるんだったけ?

光が反射するから!

でしたね!ってことは、ストロボスコープが光った瞬間だけ物体を見ることができるけど、光ってない時は何も見えないよね。

ストロボスコープを使うと「光った瞬間の物体の位置」がわかるから運動の様子がわかりやすいんだ!

このストロボスコープは1秒に10回発光するってことは、何秒ごとに光っているのかな?

0.1秒ごとだね!

そうだね!1秒に10回ってことは1秒÷10回=0.1秒/回になるね!

ってことで、スタート地点を0秒とすると、次に光った時に見えた物体は0.1秒後の位置、その次は0.2秒後の位置になるね!

時間がわかったから次は距離だね!

速さを求めるには「時間」と「距離」が必要だもんね。

距離は目盛りを読んで調べましょう!

0.1秒で4㎝進んでいることがわかるね!

ってことは、「時間」÷「距離」=「速さ」だから

4㎝÷0.1秒=40㎝/s

になるね!

ストロボスコープの光で時間、目盛りで距離がわかる!

止まって見える扇風機

ストロボスコープを使って、面白い実験を行うこともできます。

暗くした部屋で扇風機を回して、ストロボスコープの点滅させた光を当てます

光の間隔を調節すると、あるところで扇風機の羽が止まって見える間隔が訪れます。

なんで止まって見えるの?

ストロボスコープの光が当たっている時だけ扇風機の羽が見えるんでしたね。

だから例えば、羽がちょうど1回転する時にだけストロボの光が当たっていれば、常に同じ位置に羽があるように見えるから止まって見えるってわけですね。

楽しいので、ぜひやってみてくださいね。

記録タイマー

記録タイマーも運動を記録するための道具です。

ストロボスコープは光の間隔によって時間を測っていましたが、記録タイマーは紙に点を打つ間隔によって時間を測っています。

記録タイマーは結構物理的なんだね

詳しい仕組みはこんな感じ。

記録テープの上に黒く塗るためのカーボン紙をセットして、上から点を打っています。

カーボン紙はレシートとかに使われてるやつだね

記録タイマーにセットした記録テープを引けば、点が記録されて物体の運動がわかるという仕組みです。

テープに点が記録できるのね

はい、じゃあ記録タイマーの仕組みを理解できたところで問題です!

問題1

テープの間隔がポイントだね

はい、間隔が広いほうと狭いほうどっちがはやく引いたか考えればOK

間隔が広いってことは動きがはやいってことだ!

そういうことです!テープの間隔が広い=速いって考えられれば完璧です!

じゃあもう少し難しい問題に挑戦してみよう!

問題2

だんだん間隔が広くなってる!

ってことは、速さはどう変化したのかな?

間隔が広い=速いだから、だんだん速く引いた!

大正解!!点の間隔の変化から「だんだん速く引いた」ことがわかるね。

記録タイマーはなんと”速さの変化”まで測定することができるんです!

記録タイマーは点の間隔で速さがわかる

いろいろな速さで引き方と変えるとこんなテープができあがります。

同じ時間でたくさんの距離を進んでいる方が、速く運動してるってことになるから、点の間隔が広い記録テープの方が速い運動を記録したってことになりますね。

記録テープの点の間隔が
広い→速い運動
狭い→遅い運動

ということがわかる

記録タイマーで速さを調べる

じゃあ次に記録タイマーを使って速さを調べていきましょう!

「時間」「距離」がわかればいいんだね

そう!まずは何秒ごとに記録タイマーが打点しているからですね。

記録タイマーの打点のスピードは東日本では1秒間に50打点西日本では1秒間に60打点の速さで点を打ちます。

なんで場所によって違うんだ!!

これは、東日本と西日本で使っている発電機の”周波数”が違うからなんです。

歴史を紐解くと、東京はアメリカ製の発電機を、大阪はドイツ製の発電機を輸入して使っていたことが関係しています。発電機はタービンという筒を回して電気を作っています。(手回し発電機と同じイメージでOK)その結果、東日本側のコンセントだと50打点になって、西日本側だと60打点になったんです。ちなみに、昔は東日本から西日本に引っ越すと周波数の関係で冷蔵庫や洗濯機が使えなくなってしまったけど、現在は技術が進歩してどこでも使えるようになっていますね。

発電の詳しい仕組みはコチラの学習を参考にしてください!

歴史が関係してるって面白いね

さて、記録タイマーで運動の様子を調べていきましょう!

記録タイマーを使う時は、記録テープを台車などの運動する物体につけるだけでOK!

さっそく記録したテープの読み方を学んでいきましょう!今回は60打点する西日本の記録タイマーで説明をしていきます。

最初のほうは、ごちゃごちゃしててよくわかんないね~

ですね。最初は速度が小さいからどうしてもこんな風になってしまいます。このごちゃごちゃしてる最初の部分はノーカンにして、点と点の間が見えるようになってから測定するようにしましょう!

さて、60打点ってことは1打点は1/60秒ってことになりますね。

ってことは点と点の間隔が1/60秒ってことだね!

はい、普通は計算しやすいように、6打点ごとに長さを測って、0.1秒でどのくらい進んだかを測定します。

記録テープの”点と点の間が1/60秒”だから点の数が6個じゃなくて、点と点の間が6個で0.1秒ってことに気を付けましょう!

6個の点を数えて5打点で0.1秒って考えちゃうミスが多くあります!

指は5本だけど、指と指の間は4個ってのと同じ考えだね♪

打点の数え方に注意!!

ってことで、6打点数えてその時間で進んだ距離を求めれば速さがわかりますね!

あとは「時間」と「距離」で速さを求めればOK

今回のテープは、0.1秒で5.0㎝進んでいるから割り算をして50㎝/sと計算できますね!

数えるだけだから簡単だね♪

ということで、今回はストロボスコープと記録タイマーを使って速さを求める方法を学んできました!

次回の学習からは、記録タイマーを使って物体のいろいろな運動について調べていきましょう!

今回のまとめ

運動物体が時間とともに位置を変えること

ストロボスコープは発光の間隔を変えて運動を記録できる

記録タイマーは打点の間隔で物体の速さを調べることができる

中3 中3物理 物理
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プロフィール
ゆうしろ

私立中・高一貫校の現役理科教員です。
専門は生物学で、中学・高校理科の教員免許を持っています。
子供のころ勉強に使っていた学習サイトを自分でも作りたくでトライし始めました!
理科の授業を「何度でもふりかえる」ことが出来るように、知識+思考力がつくサイトにしていくのでよろしくお願いします!

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