小さな力は大きくなるか

［３・４年生］

定滑車ひとつでは、持ち上げる力は変わらないことが、先週の実験で
明らかになりました。では、動滑車をひとつ加えると、どうなるか。
今週は、動滑車の実験からスタートです。
２０ℊの動滑車に２０ℊの重りをつけます。
引っ張る紐の先が何ℊで吊り合うかを考えます。
１０ℊ？２０ℊ？と予想を立ててから、実際に重りをつけていくと、
２０ℊで吊り合いました。

これは、一人で荷物を持つときに必要な力が、2人で持ったときに半減するのと同じ仕組みです。

　　
　　
動滑車が２つの場合。
荷物を持つ考え方でいけば、４人で持っていることに
なるため、引っぱる力は４分の１になります。
「滑車の数が増えれば、もっと軽くなるってことか。」
実際にどのくらい力が軽くなるのか、
おっちゃん持ち上げ装置の図面に記入していきます。

動滑車３つの装置は、引っぱる力は11.6ｋℊ。
30ｃｍ引っぱると５ｃｍ上がる計算です。
動滑車４つの装置は、引っぱる力は8.75ｋℊ。80ｃｍ引っぱると10ｃｍ上がる。
動滑車８つの装置は、引っぱる力は4.375ｋℊ。160ｃｍ引っぱると10ｃｍ上がる。
さらに用紙の端に4720円との計算がかかれています。
どの滑車を使うか自分でネットで調べ、購入した場合の料金を記入したといいます。
筆算をみると、単価297円×滑車16個になっていることがわかります。

さぁ、動滑車を使えば、計算上は、小さな力が大きな力に変わるはず。
ブランコの支柱を使う案が出されたことから、近くの公園に行って実験装置を作りに行きました。

おっちゃんを持ち上げる前に、自分たちだけで実験してみます。
滑車を取り付けたり、iPad撮影するための場所を探したり、
それぞれ違う動きをしていきます。
公園を利用している子どもや大人たちは不思議に見ています。
「なんか恥ずかしいんだけど。」「ほかの小学校の子が嫌がらせする。」
新人2人が不満を言います。
本当にそうなのでしょうか。見方を変えて、巻き込んでしまれば一緒に楽しめるかも。

さっそく、別の子が何をしているのか説明し始めます。
声をかけてくれる大人にも質問に応えていくと、どの方も温かく見守ってくれています。

　まずは、動滑車３つで引っぱってみます。

　持ち上がるけど、けっこう、重い。

　動滑車をもうひとつ加えてみます。

「手が痛い！」　
　持ち上げるのに苦戦しています。
「滑車が斜めになってる。」
「ロープがからまってて力が伝わってないんじゃない？」
　理由を探ります。

　「動滑車が動いてないよ！」
　周りで観察している子が気がつきます。
　ロープが滑車から外れてしまっています。
　問題は動滑車の設置の仕方にあるようです。

翌日。
動滑車がバラバラにならないよう、固定してみました。
今日は、いよいよおっちゃんを乗せての実験です！

どのくらい引っぱったら、おっちゃんが浮くかを測るために、印をつけたところで握ります。
片手で動かそうと下に引きます。動きません。

両手で力いっぱい引いてみます。ちょっとは動いたかな程度。

動滑車は固定されていても、ロープが途中で止まってしまっています。
しかも、固定するために滑車の向きを変えたため、からまっていることもロープが動かない原因のようです。
ひとつひとつの動滑車すべてが機能しないと力は分散されません。

そこで、今までくっつけていた動滑車を離してみることにしました。

比較的すべりやすい滑車を４つ選び、定滑車２つ、動滑車２つで設置してみます。

　　
再び、おっちゃんを持ち上げることに挑戦です。
一人が思い切りロープを引きますが持ち上がりません。
近くで見ていた子が思わず助っ人に入ります。
２人でもダメです。
３人ならどう？
３人がかりでようやく持ち上がりました。
２つの動滑車も上に上がっています。
持ち上げる力は４分の１になったのでしょうか？
「これで滑車増やせばいけるかな？」
どうすればうまくいくか、今回の実験を振り返り、作戦の練り直しです。

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