落下運動①（自由落下・鉛直投げ下げ・鉛直投げ上げ）

１．演示実験「自由落下」

今回からは「落下運動」に入っていきます。

まず，このガラス管の中には紙と黒と黄色のわに口クリップが入っています。これを逆さにしたら，紙とクリップのどちらが速く落下しますか？

まあ当然，クリップのほうが速く落下します。
では真空にしたら紙とクリップのどちらが速く落下しますか？

紙とクリップは同時に落下します！
これはなぜでしょうか？　紙は軽いからですか？　では，空気中でギュッと小さくした紙と10円玉ではどちらが速く落下しますか？
＜実際にやってみる＞
紙も10円玉もほぼ同時に落下します！
日常生活では「重いものの方が速く落下する」と考えがちですが，空気抵抗がなければ，「落下する速さは質量に関係がない」がわかります。
そして，このくらいの実験であれば空気抵抗の影響は小さいことがわかるでしょ！？

この実験をガリレオは「ピサの斜塔」でやったわけです。

そして，地球上での落下の加速度を「重力加速度」といい，9.8[m/s²]です。この数値を面倒なときは「g」と表します。

２．落下問題の解き方

落下運動は，（ボールを投げながら）「自由落下」「鉛直投げ下げ」「鉛直投げ上げ」「水平投射」「斜方投射」と分類します。
問題集などを見ると，それぞれについて「公式」みたいなものがたくさん載っています。しかし，私には覚えきれません。きっと君たちも同じだと思います。これらの公式は覚えるのではなく「その場で自分で導く」ものです。

３．自由落下

では実際にそれぞれの状況をみていきましょう。

まず自由落下。文章中に「物体を静かに放す」とあれば，「初速度は０だ」だと思ってください。これが自由落下です。

そして「１．原点を決めて，軸を設定する」です。問題に設定がなければ，君たちには軸を自由に設定する権利が与えられています。原点をどこにしても，向きをどちらにしても構いません。問題の状況に応じて，一番楽なものを選べばよい。例えば，この状況ならば「①t=0の物体の位置を原点とし，下向きを正にする」でもいいし，「②落下したところ（例えば地面）を原点とし，上向きを正にする」でも他でもよい。その２つを取り上げて見てみましょう。

①の場合

「初速度は0，加速度はg，初期位置は0」ですので，それを公式に当てはめると次のようになります。ちなみに，鉛直方向なので，変位にはxの変わりにyを使います。