【作り方と実験の方法】
- 準備する物
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- おもりになるもの（ぼたんや消しゴムなど）
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魚釣りに使うヨリモドシ
- 丈夫な糸
- 段ボールまたはベニヤ板
- パイプ
- 作り方
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- 段ボール（またはベニヤ板）に適当な大きさの円を描き、円の中心にパイプと同じ大きさの穴を開けます。
- 段ボールの穴にパイプを差し込み、パイプに通した糸の両端にヨリモドシとおもりをつける。
- 実験のやり方
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- 重力用のおもりを変えて、人工衛星のスピードを比べてみよう
- 人工衛星の高度（円周からの距離）を変えて、人工衛星のスピードをくらべてみよう。
- 実習のポイント
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| (1) |
おもりA（人工衛星）は、ひもで地球中心に引っ張られており、そのひもの先は板の下に隠れていますが、先端にもう一つのおもりＢがあり、これがひもに引っ張りの力（つまり重力の代理）を生じさせています。これらA、B、ひもの関係をしっかり理解します。 |
| (2) |
この装置で「自由落下」を実現させてみます。おもりＡをもって板の上に静止させ、静かにおもりＡから手を離します。おもりＡは、おもりＢに引かれて、板の中心（言い換えれば地球中心）に向かって「落ちて」いきます。これが自由落下です。 |
| (3) |
地上で高いところから水平方向に物を投げると、曲線（放物線）を描きながら地面に落下します。この物体は、はじめ水平方向に投げ出されたわけですから、地球に引っ張られなければ、ずっと水平方向に運動を続けるはずです。それが地球の方へ落ちていくのは、地球の重力のせいなのです。水平方向にスピードを持ちながらも、この物体は常に「落下」しつづけているわけです。実験装置で、おもりＡに水平方向のスピードを与えて、落下の様子を見せて下さい。 |
| (4) |
水平に投げられた物体が地球表面に落ちるのは、落ちていく物体の描く軌跡が、地球の丸みにくらべて急なカーブになっているからです。しかし水平方向のスピードが大きくなるにつれて、だんだん遠くに落ちるようになってきます。つまり落ちていくときのカーブがゆるやかになってくるのです。こうしてどんどん投げ出すスピードをあげていくと、ついに物体の落下のカーブがゆるやかになってくるのです。こうしてどんどん投げ出すスピードをあげていくと、ついに物体の落下のカーブが地球の丸みに一致するようになります。こうなると、物体は落下し続けるけれども、地球と丸みが一致しているので、地表面に達することはありません。人工衛星が誕生したのです。 |
| (5) |
ただし、地表付近で物体を投げ出しても、大気の抵抗をうけてスピードが落ちてしまうので、ロケットで大気圏の外へ運んでから、水平方向に打ち出すことになります。 |
| (6) |
実験装置では、糸の長さを変えて、地球近くをまわる人工衛星のスピードと、地球からはるかに離れた所を回る人工衛星のスピードをくらべてみることにします。観察によって人工衛星のスピードが高度だけの関数として決まってくることがわかると思います。 |
| (7) |
高度は一定のままで、重力の代わりのおもりＢの重さを変えて、回るスピードを前とくらべてみます。これは、重力の強い星と弱い星（たとえば木星と地球）における衛星速度の比較に相当します。 |
出典：コズミックカレッジテキスト「宇宙をめざすきみへ」
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