バネばかりを三つ使って、力の釣り合い

対象等

中学生から高校生まで

目的

バネばかりを使って、三力の釣り合いをベクトル合成で確かめる

準備

バネばかり　３台、必要に応じてタコ糸等、１５度間隔で放射線を書いた大きめの紙

実験条件

特にありませんが、３人以上の班員が必要です

方法

　先ず二つのバネばかりを互いにひっかけます。両方を静かに引き、目盛りを読みます。当然同じ値になっています。

　次に片方を固定し、もう片方を静かに引っ張りますが、固定したバネばかりの数値がどうなるかをあらかじめ予想させます。

　「動かない」「少し動く」「引いた方と同じ値」の三択問題です。まあ小学生でも答えられると思いますが、実際に確かめてみることが大事だと思っています。

　続いて今度は三つの力の合成です。バネばかりのフックを三つ引っかけなければなりませんが、これが意外に難しいです。

　フックそのものを引っかけたり、フックにクリップをつけたり、糸で結んだりと工夫していますが、今のところなかなか良い方法は思いつきません。ともかく三つのバネばかりの中心点を決める方法が難しいです。

　Ａ３ぐらいの大きさの紙の中心に中心となる点を書き、そこから放射状に１５度ぐらいの間隔で線を引きます。

　生徒に任意の線を三つ選択させ、その線の上にばねばかりを置き、中心でそれぞれのバネのフックを引っかけます。その状態で、バネの中心が放射線の中心からずれないように、それぞれのバネを引いていきます。

　ちょうど三つのバネが釣り合った状態で、それぞれのバネの値を読みます。この値を下に敷いてある紙の上に書き、どの線の上にバネが乗っていたかを再確認させてから、バネをどかします。

　バネの乗っていた線の部分に、読み取った値に相当するベクトル（→）を３本書きます。

　その内の２本を選択し、ベクトル合成（平行四辺形の対角線）を行い、新たに色をかえて、その合成ベクトルを書きます。このベクトルが最初のベクトルに一致していれば、三力の合成が確かめられます。

注意点

　・　３つのバネばかりが交わる中心点がずれるとうまくいきません
　・　互いにバネばかりを動かすので、いつの間にか角度もずれてしまいます
　・　ベクトル合成はきちんと平行四辺形を書かないとずれます

結果

　緻密な班とずさんな実験を行った班の結果はまったく違ってきます。ただし一生懸命やっているのにうまくいかない班も当然出てきます。

考察応用等

　・　なぜきちんとした図形にならないのかを考えさせます
　　　
備考

　バネばかりのメモリは、最初にきちんと０点調製しておく必要があります