さていきなりですが問題です。
坂道に中身の凍っている丸い缶ジュースと中身が液体の丸い缶ジュースを同じ高さで並べます。
この時転がり落ちるスピードの関係は次のうちどれでしょう。
1 凍った缶ジュースの方が速い 2 凍ってない缶ジュースの方が速い 3 どちらも同じ
正解は３のどちらも同じ、、、
ではなく２番の凍っていない方が速いが正解です。
その理由は力学的エネルギー保存則の考え方を使います。
力学的エネルギー保存則とは、運動前と後の各エネルギーの和は等しいというものです。
（ちなみに高校ではこんな式で習います…）
まず二つの缶ジュースは斜面の上の方に置かれていますから、位置エネルギー[mgh]を持ちます。
この缶ジュースたちが転がると位置エネルギーが運動エネルギー[1/2mv^2]へと変換されていきます。
さらに缶ジュースは丸いので転がりますよね。
ということは位置エネルギーの一部を回転エネルギー[1/2mr^2ω]へも変換させるわけです。
凍っている缶ジュースは中身と缶がひっついているので一緒に回転します。
一方凍っていない缶ジュースは中身は回転せずに缶だけが周ります。
そうすると回転する物体の質量が小さくなる分、
位置エネルギーの回転エネルギーへの変換は小さくてすみますから、
より運動エネルギーへと変換することができますよね。
このことによって凍っていない方が速く転がることができるのです。
一見難しそうでしたが、高校でならう物理基礎の考え方を正しく使えば答えがわかる問題でした。
これで学校の先生にドヤ顔で解説することができますね笑
お小遣いを200円持っているお金持ちの人は実際にやってみても面白いかもしれませんね。
ちなみに大学に本気で受かりたいと頑張っている生徒たちにはこちらの問題集もおすすめです！！
問題の難易度バランスが本当に良く、番人受けする問題集です！！
最近になって発売された問題集なので今後の受験傾向を捉えたい人におすすめです
（実はこの問題集の作者は私の塾の担当の先生だった人です。
おそらく先生にはバレないのでここで一つ先生に謝罪を（笑）
受験が終わった後、挨拶に行かずに本当にすいませんでした…
お詫びと言っては何ですが物理のお話をするときは先生の問題集もURL貼っときます！！笑）