実験５．運動の法則
１．目 的 物体の質量を一定にして、物体に加える力と加速度の関係を調べる。
また、物体に加える力を一定にして、物体の質量と加速度の関係を調
べる。
２．準 備 物 バネばかり付き力学台車、記録タイマー、記録用テープ、滑車
スタンド、おもり、糸、ものさし、砂袋
３．操作の要点 図のようにして糸におもりをつけ力学台車を引っ張り、力学台車の動
く様子を、記録タイマーを使って記録用テープに記録し加速度を求め
る。
実験Ⅰでは台車全体の質量を一定にした場合の、力学台車を引く力と
加速度の関係を調べる。
実験Ⅱでは他のグループの実験結果を参考にし、力学台車を引く力を
一定にした場合の、台車全体の質量と加速度の関係を調べる。
４．方法・結果
実 験 Ⅰ
(1)力学台車にバネばかりを固定し、その力学台車全体の質量Ｍ(kg)を測る。
(2)ＡグループはそのままＭ(kg)の力学台車を使い、Ｂグループは１.５Ｍ(kg)、
Ｃグループは２Ｍ(kg)、Ｄグループは２.５Ｍ(kg)に力学台車全体の質量がなるよ
うに、力学台車に砂袋を乗せて実験を行う。
(3)力学台車に固定したバネばかりに、約１.５ｍの糸を一直線になるように取りつけ、
滑走面と平行になるように滑車の位置を調節する。
(4)まず、記録タイマーを作動させる前に、糸に５０ｇのおもりをかけて力学台車を走
らせてみる。そのときのバネばかりの表示は、おもりの表示よりやや小さくなるこ
とを確かめる。この力が力学台車を引く力Ｆ１(gW)である。
この値を忘れないように記録テープに書いておくとよい。
(5)記録のとり方は、力学台車を手で押さえ、バネばかりの目盛りが(4)で求めた
Ｆ１(gW)を指す状態で記録タイマーを作動させ、静かに力学台車を手放し行う。
(6)同様にしておもりを１００ｇ、１５０ｇ、２００ｇと変え、それぞれの場合の力学
台車を引く力Ｆ２(gW)、Ｆ３(gW)、Ｆ４(gW)を予め調べ、記録テープに記録をとる。
(7)加速度の算出は次のようにする。下図のように記録テープの上に３打点間隔で、
０,１,２,･････８の番号を記入する。
点０から点２までの距離Ｓ１を測定し、平均の速さＶ１＝Ｓ１/ Ｔを計算し表に
記入する。この値が点１での速さになる。ただし、Ｔ＝０.１ｓである。
同様にして点２,３･･･７での速さを求め、下の表にまとめる。
(8)記録テープは４種類あるので、それぞれ表にまとめ右のグラフ①をかき、
直線の傾きより加速度α１,α２,α３,α４をそれぞれ求める。
・おもり５０ｇの表
（Ｆ１= α１= ）
・おもり１００ｇの表 ・おもり１５０ｇの表 ・おもり２００ｇの表
（Ｆ２= α２= ）（Ｆ３= α３= ）（Ｆ４= α４= ）
(9)(8)の結果をもとにして、力Ｆと加速度αの関係を表すグラフ②をかく。
α(cm/s２) グラフ②（質量一定）
実 験 Ⅱ
(1)自分のグループと他のグループのグラフ②を参考にして、Ｆ＝１００gWのときの
加速度αＡ，αＢ，αＣ，αＤを調べ、下の表にまとめる。
(2)(1)の表をもとにして、質量ｍと加速度αの関係を表すグラフ③をかく。
(3)(1)の表をもとにして、質量の逆数１／ｍと加速度αの関係を表すグラフ④をかく。
５．考 察
(1)グラフ②から、力学台車を引く力Ｆと加速度αの間には、どんな関係があるとい
えるか。また、その関係式をグラフ②から求めよ。
(2)グラフ③、グラフ④から、質量ｍと加速度 αの間には、どんな関係があるといえ
るか。また、その関係式をグラフ③、グラフ④から求めよ。
