基礎物理学実験における身体運動測定の導入

• Project/Area Number: 05680153
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Science education
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 舛谷 敬一 山梨大学, 教育学部, 助教授 (30173743)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 勝巳 山梨大学, 教育学部, 教務職員 (80242626) ; 吉川 晃 山梨大学, 教育学部, 教授 (80020478) ; 植屋 清見 山梨大学, 教育学部, 教授 (70016541)
• Project Period (FY): 1993
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1993)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1993: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 身体運動 / 重心運動 / 力量計 / 回転板 / 慣性モーメント / 学生実験

Research Abstract

物理学に対する学生の学習意欲を高めるため,人間の身体運動を測定・分析することを大学基礎物理学の学生実験に取り入れることにした.具体的には,力量計と回転板を利用した.[中間結果は,日本物理学会1993年秋の分科会(岡山大学,10月)において報告した.]
1.力量計(ストレインゲージを利用した非常に感度のよい体重計)の上に乗っている人の身体全体の重心運動は,その人がどんなに複雑な運動をしていても,その人に作用する外力(重力と力量計から受ける力)だけによって決まる.したがって,身体の重心運動は極めて簡単に解析できる.例えば,垂直跳びでは,力量計から受ける力の時間変化から跳躍高が計算できる.また,片腕を鉛直面内で回転運動させることから腕の質量を求めることもできる.このような実験を学生実験として導入するため,安価で保守の容易な測定装置を自作した.記録解析装置としては既存のパソコンを利用した.
2.回転椅子に腰掛けた人が,回転しているときに腕を伸ばしたり縮めたりすると,その回転速度が変化する.市販の回転板は定性的な演示実験用の装置なので,定量的な測定のできる回転板装置を製作した.これを利用すれば,身体姿勢の違いによる身体の慣性モーメントの変化などを精確に調べられる.現状のままでも演示実験用装置としては利用可能であるが,学生実験に使うには更に安全性を高める必要がある.
なお,学生実験への導入に先だって,学生の力学法則についての理解度を調査し,加速度と力の関係をしっかり理解している者が極めて少ないことも確認した.今後,学生実験として導入し,その成果を検討しながら実験内容を充実させていきたい.