シミュレーションのリンク
扱っている現象および本教材の説明
振り子とは、糸やひもの一端を固定し、他端におもりを取り付けて振動させる装置です。振れ角が十分に小さいとき、振り子の運動は単振動とみなすことができ、周期は次の式で近似できます。
$$ T = 2\pi\sqrt{\frac{L}{g}} $$
ここで：
- \( T \)：周期 (\( \text{s} \)) 1往復するのにかかる時間
- \( L \)：紐の長さ (\( \text{m} \))
- \( g \)：重力加速度 (\( \text{m/s}^2 \))
この式からわかるように、周期は紐の長さ \( L \) と重力加速度 \( g \) だけで決まり、振れ角やおもりの質量には依存しません。
このシミュレーションでは、振れ角度と紐の長さを個別に設定できる2つの振り子を並べて表示し、条件を変えたときに周期がどう変化する（あるいは変化しない）かを比較しながら確認できます。
対象
- 高校物理で単振動・振り子を学習している学生
- 振り子の周期が何によって決まるかを実験的に確認したい学習者
使用方法
- 画面右下の「⚙ 設定」ボタンをクリックして設定パネルを開きます
- 左右それぞれの振り子について、振れ角度[\( ° \)]と紐の長さ[\( \text{cm} \)]を入力します
- 「スタート」ボタンをクリックすると、2つの振り子が同時に振動を始めます
- 画面は3分割されており、左のパネルには左の振り子、中央のパネルには右の振り子、右のパネルには両方の振り子を重ねて表示します。右のパネルで周期のずれを比較できます
- 「ストップ」ボタンで振動を一時停止できます
- 「リセット」ボタンをクリックすると、振れ角度や紐の長さを含めて初期状態に戻ります
- 「グリッド線の表示」ボタンで背景のグリッド線の表示・非表示を切り替えられます
観察のポイント
- 紐の長さだけを変えて、周期がどのように変わるか確認しましょう（長いほど周期は長くなります）
- 振れ角度だけを変えて、周期がほとんど変化しないことを確認しましょう（振れ角が小さい範囲では、周期は角度に依存しません）
- 右側の重ね合わせパネルで、紐の長さが異なる2つの振り子の位相が徐々にずれていく様子を観察しましょう
- 左右の紐の長さを揃えると、振れ角が違っても常に同じタイミングで最下点を通過することを確認しましょう
参考文献
- 高校物理教科書（力学分野・単振動）
- 大学物理力学の教科書