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テーマ · 10 個のゲーム

振動：単振動と共振

ふりこやばねについたおもりは、ゆれの大きさに関係なく、自分だけの一定のリズムで行ったり来たりします。エネルギーは運動とたくわえの間を行き来し、リズムに合ったおしが大きな動きを生みます：T = 2π·√(L ÷ g)、T = 2π·√(m ÷ k)、E = ½·k·A²。

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港のブイ：ゆれの大きさは？

振幅は、振動が中心からどれだけはなれるかで、上から下までではありません。港の柱で振幅を読み、大きなうねりでも周期が同じことを確かめ、きょり、速さ、エネルギーを求めよう。

振幅単振動
港のブイをプレイ
振幅
A = (y_max − y_min) ÷ 2
最大の速さ
v_max = 2π·A ÷ T

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地震計：ゆれを読み取ろう

地震計はゆれを波の線に変えます。山の間かくと紙の速さから周期を、周期から振動数を、拡大された記録から地面のごく小さな振幅を読み取ろう。

周期と振動数振幅
地震計をプレイ
周期
T = d ÷ u
振幅
x = a ÷ M

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ふりこ時計：リズムを守ろう

ふりこの周期は長さと g だけで決まります：T = 2π·√(L ÷ g)。秒をきざむふりこを作り、短いふりこの時間をはかり、周期を 2 倍にし、月でふりこをふらせ、重いおもりも試そう。

単振動ふりこ
ふりこ時計をプレイ
周期
T = 2π·√(L ÷ g)
秒ふりこ
L = g·(T ÷ 2π)²

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ばね工房：並べる？つなぐ？

横に並べたばねは重さを分け合って固くなり、縦につなぐとどちらも全部の重さを受けてやわらかくなります。のび、半分のばねや組み合わせのばね定数、ゆれを予想しよう。

フックの法則ばねの組み合わせ
ばね工房をプレイ
並列（横に並べる）
k = k₁ + k₂
直列（縦につなぐ）
1/k = 1/k₁ + 1/k₂

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ばね発射台：縮めて、ためて、はなす

縮めたばねは ½·k·x² をたくわえ、はなすとそれをわたします。球とロケットを打ち出し、台をねらい、縮みを 2 倍にするとどうなるかを見て、ばねで台車を止めよう。

弾性エネルギーエネルギー保存
ばね発射台をプレイ
たくわえたエネルギー
E = ½·k·x²
打ち出し
v = x·√(k ÷ m)

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波

波とは何か、振幅、波長、振動数、周期、音。