小6のこどもに「こまは何で立ってまわるの?」と聞かれました
以下のように 一緒に考えたのですが 正しいか教えてください
1)物は 外からの力が無ければ動いていなければ動かないし、動いていれば同じように動く
2)コマは回転すると、「軸」(回転運動の対象線)ができる
3)科学技術館の5Fにあるジャイロの体験を思いだすと、まわっている円盤を動かすと力が加わる
4)地球ゴマ(早速 購入しました)を利用して 円盤がまわっている時、手で持って傾けながらのときは 手に力を感じる傾ける動きを停止すれば、力は加わらなくなる
以上から、「回転している円盤はその軸の傾きを同じ状態に保とうする」のではと想像しました
(地球ゴマは、軸が傾いたままでも そのままで立ち上がらずに 回転し続けます)
(また 軸を傾けたときに、周りの枠も公転のようにまわってしまうのですが、1公転?で枠が一回りするので 面白いです月みたい)
普通のコマと地球ゴマの違いは、「接地している軸自体が回転しているか、そうでないか」なので、普通のコマが「どんなまわし方をしても立とうとするのは、接地部分の軸自体が回転していることと それが鉛筆の先のようにとがっていることが関係しているんじゃないか」と想像しました(なんとなく先っちょで立ちそうな 感じがします)
結論として、
コマが倒れないのは 円盤がまわっているから、
コマが立とうとするのは その軸自体の接地部分が あんな形で それ自身も回転しているから
と2つの別々の理由で コマはあんな風にまわる
となりました
(最初は 「遠心力で外側から引っ張られている感じ」と考えたのですが それだと軸が傾いた状態で地球ゴマがまわることが説明できません)
(ネットで調べると、歳差運動が出てくるのですが、これも軸が傾いた状態でまわることの説明にはなるのですが、コマが立つことの説明にはならないような気がします)
No.3ベストアンサー
- 回答日時:
No.2です。
>コマの軸が鉛直だと、その摩擦がなくなると・・。
摩擦がなくなるのではなく、摩擦が均等になるので、コマの軸を傾ける働きをしなくなります。
>接地部分の形状が 鉛筆の先みたいでないと
「逆立ちゴマ」が太い軸で逆立ちすることを考えると、少し丸みがあるほうが効果があると思います。
再度 ありがとうございます。
ん~ 私がわかってないのですよね。
動くものは その動き続けようとするから、
・摩擦(止まるちから)が小さくなるようにする
(コマの軸の傾きを少なくする)
・バランスを保とうとする
(軸が太く丸みがあるほうが バランスがとりやすい)
と 考えるのは 間違っていますでしょうか?
===================
図解などある 本やサイトがありましたら 併せて、ご紹介くださるとうれしいです。
No.2
- 回答日時:
コマの軸が鉛直を保つのは、軸と床の摩擦力のためです。
歳差運動:
コマの軸を傾けようとする力が働くと、コマの軸が別の軸のまわりに回転運動をする。
ω×L=N
ω:歳差運動の角速度 L:コマの角運動量 N:軸を傾ける力のモーメント
(ω,L,Nはベクトル)
こまの軸と床との摩擦力も、コマの軸を傾ける力になります。今、上から見て反時計回りに回っているコマがあるとして、その軸が東に傾いているとします。すると、床との摩擦力は、コマの軸を「下部を南に、上部を北に」傾ける方向に働きます。すると、「鉛直上向きより少し南に傾いたベクトル」を軸にして「上から見て反時計回りの」歳差運動が起こります。この歳差運動はコマの軸を起こす方向です。コマの軸が鉛直になれば、床との摩擦力は均等になるので、この歳差運動も停止します。
ありがとうございます。
歳差運動をすることで 新たな摩擦が起きるのですね。
コマの軸が鉛直だと、その摩擦がなくなると・・。
(解釈が間違ってますでしょうか?)
===================
当然なのかも知れませんが、接地部分の形状が 鉛筆の先みたいでないと そうならないのでしょうか?
わからないことばかりでスイマセン・・。
No.1
- 回答日時:
コマが倒れないのは 円盤がまわっているから
・・・正しいです。回転する物体は、慣性モーメントを保とうとするのです。
コマが立とうとするのは その軸自体の接地部分が あんな形で それ自身も回転しているから
・・・正しいと思います。立つのは接地部分との摩擦があるからで、摩擦がなければ立たないと思います。
詳しいことはわかりませんが、大学の力学の教科書に逆立ちゴマ(普通に回すとひっくり返って軸で回るようになるコマ)の原理が出ていて、摩擦が重要な役割をしていたはずです。
ありがとうございます。
「摩擦」なのですね。
なんとなくは、わかるのですが 小6に説明するにはどうしたらよいでしょうか?
=========================
コマが倒れない話から、歳差運動の話になり 地球が出てきちゃう説明がありますが、なんか 違うような気がしてます・・・。
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