ボールのサーカス

ボールをさまざまな仕掛けがあるレールに転がし、運動の様子を見る。

物体が持つエネルギーには、運動エネルギーと位置エネルギーがあります。物体は速く動いているほど運動エネルギーが大きく、高い位置にあるほど位置エネルギーが大きくなります。これらのエネルギーは互いに変化することができ、摩擦や抵抗がなければ、位置エネルギーと運動エネルギーの合計は常に一定に保たれます。この展示では、ハンドルを回すことでボールに位置エネルギーを与えます。転がり落ちるにつれてボールの位置エネルギーは減少し、代わりに運動エネルギーが増大します。

物体のスピードが変わるのは運動エネルギーが変化したときです。運動エネルギーが変化するのは、進行方向に力を受けたり、坂を下ることで位置エネルギーが運動エネルギーに変換されたりしたときです。また、物体が動く方向を変えるのは、何かにぶつかったり、レールやタイヤの向きが変わる時です。このとき物体は、向きが変わる方向に力を受けています。

この展示のように、位置エネルギーと運動エネルギーの変換は、私たちの身近な場面でもさまざまな形で現れています。たとえば、遊園地のジェットコースターでは、高い位置までカートが持ち上げられます。この時、カートは位置エネルギーを最大限に持っています。そこから一気に下り始めると、その位置エネルギーが運動エネルギーに変わり、スピードがどんどん上がります。