分野 03
運動学
機構はどう動くのか：歯車、リンク、カム
運動学は、位置、道すじ、速さといった動きを表します。ある動きを別の動きに変えるしくみもわかります。
学べること
- 歯車はどのように速さと向きを変えるのか
- ギア比によって、どのように速さを力に引きかえるのか
- リンク機構は、回転運動をどのように往復運動に変えるのか
- 動く点の道すじをたどる方法
実験の例
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小さな歯車と大きな歯車をかみ合わせ、それぞれの回転数を数えます。
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クランクとスライダーを組み立て、ピストンの動きを観察します。
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リンクの長さを変えて、道すじがどう変わるかを調べます。
作れるもの
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ゆっくり力強く巻き上げるウインチのギアボックス
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クランクで動くピストン
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車のワイパーのしくみ
これらは、この分野で取り組む内容の例です。公開されるレッスンとは異なる場合があります。
小さなモデルを試す
これらの小さなモデルは、このブラウザーの中で動きます。ページを一度読み込めば、オフラインでも動き続けます。学習用に簡略化したモデルであり、MEKALUMI のシミュレーションエンジンではありません。
ヒント：左の歯車をドラッグすると、手で回すことができます。
歯車の組み合わせ
それぞれの歯車の歯の数を変えて、速さと回す力がどう変わるかを見てみましょう。
- ギア比
- 1 : 2
- 出力側の速さ
- 15 回転/分 · 2倍遅い
- 回す力
- 2倍
- 回る向き
- モーターと逆向き
小さな歯車で大きな歯車を回すと、大きな歯車はゆっくり回りますが、そのぶん大きな力で回ります。ウインチや自転車、時計にも、この考え方が使われています。
モデル：摩擦やすべりのない理想的な歯車。モーターの速さ：毎分30回転。
シミュレーションが簡略化していること
- 運動学では、多くの場合、どんな力が動きを生み出しているかを問わずに、動きそのものを調べます。
- 部品はすき間やガタがなく、ぴったり組み合わさるものと仮定しています。
どんなシミュレーションも、現実を簡略化しています。どのように簡略化しているかを知ることも、工学を学ぶことの一部です。
学校の教科とのつながり
算数・数学（図形と比）、理科（物理）、デザインと技術
ほかの分野とのつながり
運動学は力学をもとにしており、ロボット工学には欠かせません。
知っておきたいこと
自転車では、坂道をのぼるとき、チェーンと大きさのちがうギアが、速さを力に引きかえてくれます。