実習 力の合成
2001 冬
中学校３年生の内容でありませんが、法令にしたがって行います。でも、それでは悔しいので３力以上の合成までできるようにします。
◎ 授業の流れ
１ 導 入
事前に、「三角定規セットを持参する」ことを指示しておきます。三角定規を忘れると１時間何もできなくなるので、各学級の朝の打ち合わせで理科学習係に確認させるようにします。どの学級も同じような進度で進んでいるので、放課中の貸し借りで全員揃うはずです。また、それでも怪しい場合は、物理分野が始る前から三角定規セットを持参させ、個人のロッカーにしまうようにさせます。さらに、あまりお勧めできる方法ではありませんが、三角定規セットを持参した生徒に得点を与える方法も考えられます。この場合は、全員が得点できるように配慮することは言うまでもありません。それから、数学の先生と打ち合わせしておくことも重要です。
２ 平行四辺形を書いて合力を求める
矢印で表される２つの力の合力は、それらの対角線となる１本の矢印として求めることができます（平行四辺形の法則）
このとき重要なのは、矢印の長さの基準を確認することです。つまり、どれけの力の大きさを何ｃｍにするかはっきりさせることです。図１の場合は、１ｋｇ重＝１ｃｍとしました。
図１ 平行四辺形を書いて２力の合力を求めたＡさんの学習プリント
図１の説明例
「これから２つの力Ａと力Ｂの合力を求めてもらいます。２つの力が同じ方向なら問題ないのですが、今日はそれぞれの角度が違う場合について求めてもらいます。考え方は、力Ａと力Ｂの始まりの点にボールをおいて下さい。さあ、みなさんも自分のプリントに直径５ｍｍほどの物体を書いて下さい。そして、イチニノサンで物体を引っ張るとどちらの方向に飛ぶでしょう。Ａでもありませんし、Ｂでもありません。物体はＡとＢの中間方向に飛んでいくでしょう。そして、どれぐらい飛ぶかというと、ちょうど、ＡとＢを２辺とする平行四辺形の対角線の大きさだけ飛ぶことになります。方向も、対角線の方向になります。この平行四辺形の対角線が力Ａと力Ｂの合力になります。簡単ですね。」
「それでは、さっそく皆さんに平行四辺形を書いて合力を求めてもらいましょう。ただし、長さの正解は、プラスマイナス１ｍｍの誤差までとします。テストの時、プラスマイナス２ｍｍ以上の誤差ならペケになりますので、正確に作図する練習をして下さい。今日は、丸まる１時間作図をしてお終いです。しっかり頑張って下さい。」「その前に、ＡとＢの長さを正確に測っておきましょう。まず、Ａを測って下さい。正解は先生からではなく、みなさんの多数決で決めます。・・・では、多数決を取りますよ。Ａのから聞きます。３．３ｃｍ：０人、３．４ｃｍ：２人、３．５ｃｍ：３５人、３．６ｃｍ：０人、３．７ｃｍ：０人、となりましたので、多数決により矢印Ａの長さは３．５ｃｍとします。ただし、テストの時は３．４ｃｍ〜３．６ｃｍが正解です。次に同じようにＢの長さを測って下さい。・・・４．７ｃｍ：０人、４．８ｃｍ：０人、４．９ｃｍ：２０人、５．０ｃｍ：１７人、５．１ｃｍ：０人、となりましたのでＢの長さは４．９ｃｍとします。テストのときは４．８ｃｍ〜５．０ｃｍが正解です。」
「ここで余談ですが、矢印のどこからどこまでを測定したか、確認しておきましょう。図２を見て下さい。矢印の始まりが「丸点」になっていた場合、あなたはどこから測定しますか。これも多数決で決めましょう。「丸点」の左端をＡ、中央をＢ、右端をＣとします。・・・（多数決：略）・・・ということで、Ｂに決まりました。次に、矢印の先端についても多数決を取ります。矢印の左端をＡ、中央をＢ、先端をＣとします。・・・（多数決：略）・・・ということで、Ｃに決まりました。ついでなので、図２右側の四角についても確認します。・・・（多数決：略）・・・ということで、Ａに決まりました。」
図２ どこからどこまでを測定するか、を説明するために使用した図
「次に、もっとも重要なことを」