問2解法質量の性質に注目して考える

私たちが普段使っている体重計は、重量が下向きに働く性質を利用しています。 無重量状態のスペースシャトルの中で体重を量るには、『質量の性質』を利用する必要があります。

問2の解法

重量と質量の違い
「重量」とは、重力によって生じる下向きの「力」のことです。月面では地球のおよそ1/6になり、無重量状態ではゼロになります。一方、「質量」は物質の「量」を表す単位で、宇宙のどんな場所でも一定です。地球上では重量と質量の値は同じですが無重量状態では異なり、重量と質量の性質の違いがはっきりと表れます。

質量を計る工夫
質量の大きさは「運動の変わりにくさ」と言うこともできます。重さのない無重量状態では、質量が小さい物体は簡単に動かせますが、大きい物体を動かすには大きな力が必要です。また、動いている物体も同様で、質量が小さければ簡単に止められますが、大きいものだと大変です。この点に注意して問題を整理してみます。

■重量の性質「下向きに働く力」を利用した装置

• ①体重計…重量で下向きに押し込まれたばねの変化を測る
• ②天　秤…互いに下向きに働く重量を比較して測る
• ④振り子…重量で往来する振り子の振動周期を測る

■質量の性質「運動の変わりにくさ」を利用した装置

• ③ばねの振動…ばねの反動で振動する周期を測る
• ⑤回転の周期…外力で体を回転させてその周期を測る

問2解答ばね定数が既知のばねの一端に身体を固定し、振動させて周期を測る