中学３年力の合成・分解で「吊り橋モデル」を用いる授業展開の提案

　吊り橋とは、本の主塔の間をわたるメインケーブルから垂らしたハンガーロープで橋げたを吊り、支える構造の橋です。 橋げたの重力と、 ２本の主塔から張られたメインケーブルの張力がつり合つています(図1)。

　２本の主塔は非常に高く、メインケーブルは中央付近で大きく下向きにたわんでいます。 このような構造にすることで、主塔にかかる力を小さくすることができるのです。今回、この構造をモデル化しながら力の合成・分解の仕組みを実感することができる授業を提案しました。

●  吊り橋のモデル

(1) 準備するもの

・ダークオーク平板ＡＢＳ樹脂

 （厚さ2.5mmX幅15mmX長さ1m）

・タコ糸 　・椅子や鉄製スタンド２台

(2) モデルのつくり方

　ダークオーク平板の中央部分をタコ糸で吊り上げ、タコ糸の端は鉄製スタン ド等に結びつけます。

●  授業のようす

　提案した授業の流れは右の図３です。実際の生徒の探究の一例を紹介します。 

【生徒Ａの探究の流れ】

① まず、三島ス力イウォークのモデルを作つてみよう。

② 椅子を主塔に見立てて、椅子が１個のときと椅子が２個の時とで主塔にかかる力が異なるのか調べよう。

③ ②の結果から、主塔が高い方が主塔にかかる力が小さくなるようだ。

④ 主塔が高<なることに伴って変化する条件は、糸の長さと、両糸の間の角度である。どちらが主塔にかかる力を小さくしている原因なのだろうか。

⑤ 糸の長さを変化させず、両糸の間の角度だけ変化させて、 主塔にかかる力が変化するか調べよう。

⑥ 両糸の間の角度を変化させず、糸の長さを変化させて、主塔にかかる力が変化するか調べよう。

⑦ ⑤、⑥の実験から、両糸の間の角度が小さくなるほど、主塔にかかる力が小さくなることがわかった。