振り子で学ぶ力学的エネルギーの保存

力学的エネルギーの保存 — 振り子シミュレーション

振り子のおもりは、高いところでは位置エネルギー、低いところでは運動エネルギーをもちます。空気抵抗がなければ 2 つの和（力学的エネルギー）はいつも一定です。角度を決めて「はなす」と、おもりは反対側でどこまで上がるでしょう？

エネルギー（単位 J）

----0

位置エネルギー mgh0.00 J

運動エネルギー ½mv²0.00 J

合計（力学的エネルギー）0.00 J

はじめの合計に対して 100.0%

角度 θ

0.0°

高さ h（最下点=0）

0.000 m

速さ v = L·|dθ/dt|

0.00 m/s

理論値 √(2g(h₀−h))（無抵抗）

0.00 m/s

直前に止まった最高点

—

経過時間

0.00 s

初期角度 θ₀30° おもりの質量 m（動いている間も変更可）1.0 kg

空気抵抗（−bv）オンゆっくり（1/4 倍速）

角度スライダーを動かすと、おもりはその角度で静止します。「はなす」で開放します。紐の長さ L = 1.0 m、g = 9.8 m/s²。

考えてみよう

空気抵抗オフのとき、おもりは反対側でどの高さ（角度）まで上がる？点線の「はじめの高さ」と比べよう。

最下点を通るときの速さは、理論値 √(2g h₀) と同じになる？ θ₀=30° なら h₀≈0.13 m、v≈1.6 m/s になるはず。

重いおもりと軽いおもりで、振れ方や周期、戻る高さは変わる？エネルギーの J の値はどう変わる？空気抵抗オンのときはどうだろう？