力のつりあい②（実験：「作用反作用」）
１．前回のまとめ
前回から力に入り，「何」が「何」を｛押す・引く｝力か考えることを強調しました。 今日は予想実験をして，さらに力の理解を深めていきましょう。
２．予想実験：「作用反作用」
ではプリントを読んで，実験１から４まで予想してみてください。
ここでは実験ごとに予想を聞いていますが，
別のクラスでははじめに一括して予想を聞きました。
そして，予想の理由を聞いて，
イ→イ→イと予想した人は力は速さと質量によって変わると考えている。
イ→ウ→イと予想した人は力は質量だけによって変わると考えている。
ウ→イ→イと予想した人は力は速さだけによって変わると考えている。
ウ→ウ→ウと予想した人は力は速さや質量には依らないと考えている。
というように，実験のポイントを明確にしてから実験しました。
このように台車を2台用意して衝突させます。 台車の先端に「力センサー」というものが取り付けてあります。 ここに力を入れると（実際にやってみて）グラフになります。 縦軸が力，横軸が時間です。
実験１
台車Aと質量がAの2倍のBを反対向きに同じ速さで正面衝突させたとき，
及ぼし合う力はどのような関係にあるか？
生徒の予想：
ア．AがBを押す力の方が大きい（０人）
イ．BがAを押す力の方が大きい（39人）
ウ．同じ（1人）
ではやってみましょう。
？？色がAで？？色がBです。 大きさは同じになっていますね！ よって正解は「ウ」です！
実験２
静止している台車Aに，質量がAと同じBを衝突させたとき，
及ぼし合う力はどのような関係にあるか？
生徒の予想：
ア．AがBを押す力の方が大きい（０人）
イ．BがAを押す力の方が大きい（２７人）
ウ．同じ（１３人）
ではやってみましょう。（結果グラフは同じなので省略）
これも正解は「ウ」です！
実験３
静止している台車Aに，質量がAの2倍のBを衝突させたとき，
及ぼし合う力はどのような関係にあるか？
生徒の予想：
ア．AがBを押す力の方が大きい（２人）
イ．BがAを押す力の方が大きい（３１人）
ウ．同じ（７人）
ではやってみましょう。（結果グラフは同じなので省略）
これもこれも正解は「ウ」です！
つまり，及ぼし合う力は，速さにも質量にも依らずに 常に同じになっています。これを「作用反作用の法則」といいます。
これを踏まえると，
問題
アイススケート場で，大人が子どもにぶつかった。このとき及ぼす力はどちらが大きいか？
生徒の予想：
ア．大人が子どもを押す力の方が大きい（１人）
イ．子どもが大人を押す力の方が大きい（１人）
ウ．同じ（３８人）
もう大丈夫ですね。答えは「ウ」です。
３．作用反作用の法則
④：「作用と反作用」
作用・反作用の関係にあるものは、
「A」が「B」を｛押す｝力
↑↓
「B」が「A」を｛押す｝力
というように、主語と目的語が逆になっているものを指します。
そして，
※力には必ず反作用が存在します！
（このことを覚えておくと、力を発見する際のヒントになる。）
「作用反作用の法則」
作用と反作用は，同じ作用線上にあり反対向きで，大きさは等しい。
例えば，前回の問題の中で，天井から糸でつるされたおもりがありました。ここでは， 「糸がおもりを引く力」と「おもりが糸を引く力」は作用反作用の関係にあります。 そして，すべての力に反作用が存在するので，「天井が糸を引く力」にも反作用があるはずです。 これは「糸が天井を引く力」で天井にかかる下向きの力になります。 また，「地球がおもりを引く力」にも反作用があります。 これは「おもりが地球を引く力」です。 つまり自覚はなくても君たちは地球を引っ張っているのです！
４．練習問題
では，これらのことを踏まえて次の問題をやってみましょう。
向きがポイントになりますが、
わからないときは自分がその物体になりきることをお勧めします。
例えば、床を滑る物体に働く摩擦力はヘッドスライディングをしてみればいいでしょう。
床に働く摩擦力がわからないときには、自分が床になってみればいいでしょう。
もしくは、マットに滑り込んだら、マットはどう動くか考えれば理解できるでしょう。
もしくは、どちらかの摩擦力がわかるならば、作用反作用を考えましょう。
正解は次の通りです。
※ここで、摩擦力を｛引く｝力としました。摩擦力を本質的に理解するのは難しく、 ｛押す｝力でもいいような気もします。 しかし摩擦力の根本は分子間力による引力だろうと思いますので、 ここでは｛引く｝力としました。
５．まとめ
「どれだけ吹っ飛ぶか」ということと「力が大きい」ということはイコールではありません。 同じ力が働いていても質量が大きいと速度の変化は小さくなります。 つまり質量とは，「加速のしにくさ」だ！ ということができます。 詳しくは今後やっていきます。頭の片隅に残しておいてください。
授業を終えて。。。
スムーズに進んだ授業だった（ただし，高校2年ではなくもっと前の学年でやるべき課題！）。
生徒の感想：
・どんなときでも「同じ」だとよくわかった。
・日常のことを思い浮かべて考えたけど，全く異なった。
（これはどれだけ吹っ飛ぶかでみている）
・自分のイメージと全然違った。力の大きさとどれくらい吹っ飛ぶかはちがうらしい。
・「片方が動くのに力が同じ」ということが，不思議に感じられた。
・衝突したら同じ力でも軽い方が吹っ飛ぶということがわかった。
というように，生徒にも段階がある。よく気付く生徒は作用反作用の法則から
発展して，運動の法則へと進んでいっている過程がわかる。
ちなみに，中間考査で実験３を同様な形で出題したところ，
実験当日に欠席していた生徒を除き，正答率１００％であった！
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