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（２）実験する場所にまっすぐな線を引きます。(糸を使用しています。)
（３）力学台車が線に沿って走るように向きを調整します。
（４）同様に距離センサも向かい合うよう向きを調整します。
（５）片方の力学台車におもりをセットし、台車２台をくっつけます。
（２）「開始」ボタンを押し測定を開始させます。
（３）力学台車のスイッチを押し、力を発生させます。
（４）「停止」を押し、測定を終えます。
（５）距離センサや台車が線からズレていると、測定結果にノイズが多く出て速度が分かりにくくなります。その場合は測定結果を消去して(１)〜(４)を繰り返します。
（６）ある程度きれいなグラフが得られたら、スマートツールを使って速度の数値を読み取ります。
(※距離センサの性質上、距離センサに近づくモノの位置・速度はマイナスになります)
グラフから測定値を読み取ると、以下のようになりました。
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台車の分裂
目的
| ・ | 実験から得られた測定値を用いて、運動量保存の法則ｍ1v1＋ｍ2v2＝ｍ1v1'＋ｍ2v2'(太文字はベクトル)が成り立っていることを検証する。 |
準備物 （項目をクリックすると画像と説明が表示されます。）
※準備物は台車の○○の実験で全て共通です。
| ・パソコンシステム | ・距離センサ×２ | ・USBリンク |
| ・力学台車×２ | ・おもり×４ | ・まっすぐ線を引けるもの |
| ・厚紙 | ||
実験装置の準備
（１）距離センサーの超音波が当たるように、２台の力学台車の片側に厚紙を貼ります。これでセンサーが感知しやすくなります。
（２）実験する場所にまっすぐな線を引きます。(糸を使用しています。)
（３）力学台車が線に沿って走るように向きを調整します。
（４）同様に距離センサも向かい合うよう向きを調整します。
（５）片方の力学台車におもりをセットし、台車２台をくっつけます。
実験方法
（１）パソコンのソフトを起動し、「位置」・「速度」のグラフを表示させます。
（２）「開始」ボタンを押し測定を開始させます。
（３）力学台車のスイッチを押し、力を発生させます。
（４）「停止」を押し、測定を終えます。
（５）距離センサや台車が線からズレていると、測定結果にノイズが多く出て速度が分かりにくくなります。その場合は測定結果を消去して(１)〜(４)を繰り返します。
（６）ある程度きれいなグラフが得られたら、スマートツールを使って速度の数値を読み取ります。
結果
今回は500gの力学台車、250gのおもりを片側に４つ使用しました。
軽い台車と重い台車の質量は、1.5kgと1.5kgです。
(※距離センサの性質上、距離センサに近づくモノの位置・速度はマイナスになります)
グラフから測定値を読み取ると、以下のようになりました。
| 質量 | 分裂後の速度 | |
| 軽いほうの台車 | 0.5kg | 0.30m/s |
| 重いほうの台車 | 1.5kg | -0.10m/s |
考察
軽い台車の進む方向を正と考え、軽い台車の質量・速度をｍ1・v1、重い台車の質量・速度をｍ2・v2として、運動量の保存の法則にあてはめると、
ｍ1v1＋ｍ2v2＝ｍ1v1'＋ｍ2v2'は、
0.5×0＋1.5×0＝0.5×0.30＋1.5×-0.10
0＝0
となり、運動量の保存が成立していることが分かります。
台車の分裂運動は、記録タイマーを用いても台車が記録タイマーの方向に進むため測定できず、回路などを組まないとなかなか測定できません。
そこで、この実験を生徒に目の前で見せて測定するには、この方法が有効です。
授業では、生徒自身に力積を求める式ｍv'−ｍv＝FΔｔに測定値を当てはめさせることで、運動量保存の法則を導き出させることができます。
また、グラフを見せて分裂の時は台車の質量の比と台車の速度の比が逆になるということを視覚的に教えることもできます。
実施上の注意事項
| ・ | 必ず準備の段階で、台車を直線的に走らせる工夫（今回は糸を使用）をしてください |
| ・ | また、衝突後に台車とセンサーがぶつからないような工夫をするとなお良いです |
| ・ | 台車の質量、初速度などの条件をいろいろ変化させると運動の様子も変わってくるので、いろいろ試してみてください |
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