ブランコについての質問です。

質問

夏休みの課題で次のことを説明する課題が出ました。
慣性の法則からすると、ブランコでは、乗っている人もひとつの物体とすると、「外から押してもらわない限り、止まっているブランコは揺れ始めないし、動いているブランコもその振幅を増加させることはできない。」ということになってしまいますが、実際には止まった状態から漕ぎ出すことはできるし、振幅を大きくすることもできます。
そして、ブランコのように外から力を作用させずに内力だけで振幅が少しずつ大きくなる振り子を作る課題が出たんですが、何か良い案がないでしょうか。ありましたら回答よろしくお願いします。

回答No.3

tadys · ベストアンサー

揺れているブランコはだまっていると空気抵抗や軸受けの摩擦などでエネルギーを失い止まってしまいます。
揺れ続けるためには何らかの形でエネルギーを供給しなくてはなりません。

ブランコのエネルギーを見てみると、最上点では位置エネルギーが最大で運動エネルギーはゼロです。
一方、最下点では位置エネルギーが最小で運動エネルギーは最大になります。
このようにブランコは位置エネルギーと運動エネルギーの間でエネルギーのやり取りをして振動しています。

ブランコをこぐ動作はブランコにエネルギーを与える動作です。
それは次のように行われます。
最下点で立ち上がって重心を上に移動します。
これにより位置エネルギーを加える事が出来ます。（運動エネルギーは変化しない）
最上点ではしゃがみますがこの時は重力が仕事をします。
この動作を見ると振り子の一往復の間に重心の変化が２度起きる事が分かります。

振り子（ブランコ）の周期は支点と重り（重心）を結ぶヒモの長さで決まりますが、周期を決めるような要素の事をパラメータと呼びます。
パラメータを変化させることで振動を持続（又は増大）させることを「パラメータ共振」と言います。

振り子の周期に合わせて重心を２回上下させれば良いんですね。
ただし、初めに揺れていないとその場で屈伸運動をするだけになっちゃいますけど。
止まっているブランコをこぐのが難しい理由です。

「ブランコ パラメータ共振」で検索すると色々出てきますが、初めから見てしまうと面白くありません。
独創的なアイデアを考えてください。

お礼

回答ありがとうございました。
色々調べてみて自分なりにできるように頑張ります。

回答No.2

sugasugax

とりあえずブランコの上で体を動かすと、作用反作用の法則でブランコも多少動きます。
一旦ブランコが動き始めたら、ブランコの振り子の周期と体を動かすリズムを
うまく合わせればブランコの振幅は大きくなります。
いわゆる「共振」というやつです。

それともう一つ、ブランコは座って漕ぐだけではなく立って漕ぐこともあると思います。
立ち漕ぎでブランコを漕ぐ時、水平方向だけではなく、上下方向にも
体を動かしているはずです。（漕いでいる本人は自覚していないかもしれませんが）

ブランコが自分の望む方向に動いているときは体を上げて慣性モーメントを小さくすると、
その方向に動きやすくなります。
逆に望まない方向に動いているときは体を下げて慣性モーメントを大きくすると
その方向には動きにくくなります。
これをうまく利用するので、立って漕ぐ場合は座って漕ぐ場合より激しく
ブランコを振ることができます。

お礼

回答ありがとうございました。慣性モーメントに注目して、振り子を作る案を調べてみます。

回答No.1

naniwacchi

こんばんわ。

人を「おもり」のような物体としてみれば、
書かれているように揺れ始めもしないし、振幅を大きくすることもできませんね。

自身がブランコに乗ったときって、どうしてましたか？
（いつもお父さんが押してくれてた。と答えられると、どうしようもないですが ＾＾；）
その動きを物理的に解析するのが、この課題のポイントになってきます。

一度、このあたりを考えてみて、
次にその「動きをまねる」か、「代わりとなるような動きを作る」
といったことを考えていけばいいと思います。

お礼

素早い回答ありがとうございました。
その具体的な動きは自分で調べようと思います。

補足

その具体的な動きを知りたかったのです。