分野 01
力学
力・運動・エネルギー：あらゆる機械を支えるルール
力学は、ものがなぜ動き、速くなり、遅くなり、あるいは止まったままなのかを説明します。ほとんどすべての機械の土台となる分野です。
学べること
- 力とは何か、力はどのように組み合わさるのか
- 摩擦はどのように役立ち、どのようにじゃまになるのか
- てこ、滑車、斜面は、どのように仕事を楽にするのか
- エネルギーは、ある形から別の形へどのように変わるのか
実験の例
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角度のちがう斜面で台車を転がし、速さを比べます。
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てこの支点を動かして、おもりを持ち上げるのに必要ないちばん小さな力を見つけます。
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ブロックの下の面を変えて、摩擦によって動きがどう変わるかを調べます。
作れるもの
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台車と車止めのある斜面
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重いものを持ち上げるてこ
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かんたんな滑車のしくみ
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
- 物体はふつう、完全にかたいもの（剛体）としてあつかわれます。へこんだり、ひびが入ったり、すり減ったりはしません。
- 摩擦や空気抵抗はかんたんな式にしたがいますが、現実の世界はもっと複雑です。
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
理科（物理）、算数・数学（角度と比）、体育
ほかの分野とのつながり
力学は、運動学、構造、ロボット工学の土台です。
知っておきたいこと
アルキメデスは「十分に長いてこと、立つ場所さえあれば、地球だって動かしてみせる」と言ったと伝えられています。