[物理学] 車の中に風船を浮かべて走ると慣性はどう働く？子どもへの面白い教え方
慣性の法則は小学生や中学生が理科の授業で習いますが、車内に風船を浮かべた状態で走り出すとどうなる？という具体例に置き換えると意外と誰もが予想や説明に困るもの。
子どもにこんな質問されたらどう答えるべきでしょう？っていうかまず正解そのものが分からない人もいるのでは・・・！せめてもの細やかな親の威厳を保つためにもこの知識は必要でしょう。
実際に実験を行った動画があります。この動画では自動車の後部座席に子どもたちを座らせて、実際に車の床から風船を浮かべて走る様子が記録されています。
- 運動の第1法則
「すべての物体は、外部から力を加えられない限り、静止している物体は静止状態を続け、運動している物体は等速直線運動を続ける」
実験では、風船での振る舞いを確認する前に天井から重りを吊るしてその動きを観察しています。誰もが予想する通りに、重りは車内の後方へ押しやられています。これは、車は動いても重りはその場に留まろうとするからです。
ではヘリウムを入れた風船だとどうなるのか？車が走り出すと、風船は重りの時とは違って車の前方へと動いています。なぜ・・・？
A Baffling Balloon Behavior – Smarter Every Day 113
2つの教え方
この物理法則を分かりやすく教えるには2つの説明方法があります。
- 水を入れた瓶での説明
瓶＝車
水＝車内の空気
ビンの中の気泡＝風船動画ではこのように例えています。ビンが右方向へ動き出すと、重い水は左（後方）へ追いやられて気泡が右にくる、という説明。
- 重力Gと重力加速度gの合力による説明
風船は下向きの重力に逆らって上に行こうとします。車が動くとその反対の方向へgが発生し、その合力は斜め下後方となり、風船はその反対の方向である上斜め前方へ行こうとする、という説明。
2つの説明に違いはあれど、原理は同じです。当然、これらの動きは風船の中のガスが車内空気より軽い場合に限ります。動画の最後には浮かばない風船を天井から吊り下げての実験も行っていますが、風船は空気より重いため、冒頭のオモリと同じ振る舞いをします。
こう説明されると「確かに・・・」と納得できますよね。これを知ると、質問される前に「どうなるか知ってる？」と逆に子どもへ質問を投げかけてしまいそう。