부모와 자식이 미끄럼틀에서 함께 놀면, 많은 경우에 어른이 아이보다 빨리 미끄러지는 것을 눈치챈 것이다.마찬가지로 스키와 자전거도 “무거울수록 빨리 움직인다”는 것이 상기된다.
그러나 고등학교 물리학에서 학습한 대로라면 무거운 것도 가벼운 것도 관성의 크기와 중력이 질량에 비례하기 때문에 균일한 중력장 안에서 낙하 가속도가 일정해진다(자유 낙하의 균일함 성).자유 낙하가 아닌 마찰이 있는 경사면에서도 마찰력이 질량에 비례하기 때문에 질량에 관계없이 모두 같은 가속도로 미끄러지는 것으로 생각된다.
릿쿄대학 이학부 4학년(당시)의 시오다 마사키씨는, 지도를 담당한 무라타 지로 교수와 함께, 이 교과서에서 배우는 물리법칙과 생활 경험의 모순을 졸업 연구의 테마로서 거론했다. 「무거운 사람만큼 미끄럼틀을 빨리 미끄러지는 것은 왜인가」라는 의문에 대해, 같은 크기이지만 질량이 다른 물체(같은 골판지 상자안에 개수를 바꾸어 물이 들어간 페트병을 넣었다)를 대학 옆 의 공원에서 미끄럼틀에 실제로 미끄러지는 것으로, 가속도의 변화를 조사했다.
그 결과, 물체는 슬라이드에서 점점 가속되는 것이 아니라 일정한 종단 속도에 도달하여 미끄러지는 것을 알 수 있었다.또한, 이 종단 속도는 물체가 무거울수록 커지는 것을 알 수 있었다.즉, 무거운 사람일수록 미끄럼대를 빠르게 미끄러지는 것은 신경 탓 등이 아니고, 질량이 클수록 종단 속도가 커지는 현상으로서 명확하게 확인되었다.
이것은 일반적으로 일정한 값을 취하면 학습하는 동마찰 계수에 실제로 속도 의존성과 질량 의존성이 있다고 해석할 수 있다는 새로운 발견이다.다만, 이 성질은 롤러식 슬라이드에서만 확인되었으며, 교과서에서 상정하고 있는 전통적인 금속판식 슬라이드에서 유사한 관측을 실시한 결과에서는 동마찰계수가 일정하다는 것과 모순을 인정하지 않았다. 하고있다.장거리의 금속판식 슬라이드나 파이프식, 석재제 등 다른 타입의 슬라이드에서는 다른 결과가 될 가능성도 있다.
본 연구 성과는 학술 논문으로서 이례적인 반향을 낳았다고 하며, 호기심에 울리는 친숙한 탐구 학습의 좋은 예로서 소개되고 있다.
논문 정보:【물리교육】미끄럼틀의 동마찰계수의 실측연구