大小のボールを重ねて落として、ボールの跳ね方を見てみよう

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大小のボールを重ねて落として、ボールの跳ね方を見てみよう

2016年3月1日
横浜国立大学理工学部

準備

大小各々１個、合計２個のボールを用意します。
例えば、大きいボールとしてはバスケットボールやバレーボールなど。
小さいボールとしては軟式もしくは硬式のテニスボールなどがいいでしょう。
小さいボールを大きなボールの上に座りよく載せるための台座もあったほうが良いです。
今回は、木製のリングを用意しましたが、手に入らなければ、紐状にしたティッシュで輪っかを作れば代用できるでしょう。

注意

この実験はボールが大きく跳ねて危険ですから決して室内でやらないようにしてください。

実験１

まず、ボールを目の高さに掲げてそっと手を離してみましょう。
落ちたボールは地面に跳ね返って戻ってきますね。
でも、元の高さには届きません。

動画１（大ボール）

動画２（小ボール）

実験２

次に、大きいボールの上に小さなボールを載せます。この時、小さなボールの座りを良くするために輪っかをはさみます。
この状態で手を離してボールを落としてみましょう。
うまくやると、小さなボールが高く跳ね上がります。

うまくできましたか？

動画３（うまくいった場合）

写真１

写真２

写真１のように、小さなボールを大きなボールのちょうど真上に置かないとうまくいきません。
また、自分からは真上のように見えても、写真２のように前後方向にずれている場合があります。

この場合もうまくいきません。友だちに横からも見てもらうといいでしょう。

動画４（うまくいかない例）

原理

この現象は、高校の物理で学ぶ質点の力学でわりと簡単に説明できます。
大小２個のボールと地面の衝突を２回の衝突、大きなボールと地面の衝突と地面に跳ね返った大きなボールとその上の小さなボールの衝突に分けて考えます。
最初の地面との衝突で大きなボールが跳ね上った瞬間に、さらに小さなボールとの衝突が発生して大きなボールが小さいボールを跳ね飛ばします。
高校生諸君は解析を試みてみてください。
超新星爆発においてもこの実験と似たことが起こっているそうです。
色んなボールを用意して組み合わせを変えて試してみましょう。
上下のボールを入れ替えてみるとどうなるでしょうか？
空気の少し抜けたボールでためしてみるのも面白いかもしれません。

掲載大学
学部

横浜国立大学理工学部

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2017-02-03