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(2) 力の合成、分解、浮力

大日本図書 力の合成の規則性(平行四辺形の法則)、実験あり→浮力、実験

?閨ィ力の分解(斜面で)、実験あり

学校図書 力の合成(この一部として力のつりあい)、実験あり→浮力→斜 ハの運動の中で力の分解

ヲ力のついあいで抗力、摩擦力、浮力を紹介、摩擦力は静止にお ッるもので摩擦力が働く運動は扱っていない。浮力については実 アがなく、ただ説明するだけである。

啓林館 一直線上の力の合成、浮力→一直線上にない場合の力の合成(平 s四辺形の法則)、実験あり→力の分解

東京書籍 静止のときに主につりあう力の紹介(抗力、摩擦力、浮力)

ィ体が動き出すときに着眼点を置く。そういう意味で2力がつり

?チていないときを扱う。

ヘの合成、実験あり→力の分解→作用反作用 ヲ力と物体の運動の関係は明らかにされている。

教育出版 啓林館と同じ

指導書のねらい

 (ア)、力のつりあいの条件を見出す

 (イ)、力の合成や分解の仕方を扱いそれを図形的にも理解させる

 指導書が示すとおりに構成の順に多少の差はあるものの東京書籍以外は力の合成、分解の 算術的内容にとどまっている。東京書籍は運動と絡めて説明している。

 これによれば1つの力を2つの力で表せる、もしくは2つの力を1つの力で表せるという 力の性質を強調したもの(1つの力の性質については学習済みである)。

 子供は静力学的な力と動力学的な力を同等とは見ず、前述したように子供の考える力とは その範疇はかなり拡大している。またその性質は統一的ではない、つまり教科書の内容はこ んな力もあるという彼らの力の部分集合についての理解しか促さず、それらは日常的に現れ る力とは異なったものなのだ。この力の性質の単元では、複数の力による相互作用(力のベ クトル算)という内的性質を取り扱うものであるが、学習済みとされている1つの力の性質

(働き、量、大きさ、種類)において、力が物体にどのような影響を及ぼすかという外的性 質の大前提としてここで考えている力を一義的なものとしてとらえる学習がなされなければ、

まさに共役不可能になるのである。

4・1・2動力学について

(1) 全体的に見て

内容 気づき

大日本図書 物体の運動(導入は一般的な車の運動につ

「て)

^動の表し方(速さ)→力が働くと速さや

?ォが変わる事の説明→速さの変わる運 ョ(斜面)・斜面方向の力が大きいと速さ ェ大きくなる(力が大きいと速さの増加す 驫ы№ェ大きい)→速さの減少する運動、

i摩擦力のある運動、斜面を上がる運動)

ィ等速直線運動(摩擦力がない運動)→慣 ォの法則(力がつりあうときも含む)→力 フおよぼしあい(作用反作用)

・速さは割合

E『摩擦力が働かない=力が働かない』

@として等速直線運動を説明(子供の

@中に動力源が生きている事を前提と

@していない)

E作用反作用は流れを切って出てくる

@(脈絡がはっきりしない)ここでは ィは力を受ける事により動き出すと

@いうのが大切な要素であり、反作用

@も物体の運動の起因としてとらえる

@方が自然である。作用反作用は力そ

@のもの性質ではなく力を及ぼすとき

@に伴う現象というとらえ方がよい。

学校図書 力の働きと物体の運動(導入は落下運動)

^動(速さ)→重力と落下運動(重力が常 ノ一定に働く運動と前提)→斜面の運動 iここで力の分解が出る)→水平面上の物 フに働く力と運動(力は重力と抗力、摩擦 ヘは扱っていない)→慣性の法則

・速さは単位時間に進む距離で表す E摩擦力を水平運動では扱わない Eやはりここでも動力源の考えを考慮

@に入れない

E落下運動や等速直線運動を教える感

@じである(運動学)

啓林館 物体の運動と力

ヘが物体に働くと?→作用反作用→運動 ノついて(速さ)→落下運動(力が働く時 フ運動)→斜面の運動→水平面での運動

i摩擦力、等速直線運動)→慣性の法則(力 ェつりあう時も含む)

・速さは単位時間当たりに進む距離で

¥す・落下運動→斜面の運動で落下運動で

@は重力が違っても速さは同じ、斜面

@上の運動では斜面にそう力が大きい

@方が速さの変化は大きい。これでは

@両方を別々のものとして捉えるしか

@ない.(たぶん落下運動が暗記的にな

@る)

東京書籍 物体が動いている時(運動と力の関係を調 ラるには?)

^動(速さ)→斜面の運動→落下運動→摩 C力のある水平運動→等速直線運動→慣 ォの法則(力がつりあう時も含む)

・速さは単位時間当たりに進む距離で

@表す・斜面の運動と落下運動は同一である

@とする。本文では混乱を避けるため

@に『落下運動での質量に無関係に速

@さは一定』は触れずにトピックとし

@て扱う

E力が働かなければ運動はどうなる

@か、運動によって力の有無を考えさ

@せようとしているが動力源を否定す

@るに至っているかは疑問 教育出版 物体の運動

^動と力(一般的、作用反作用も含む)→

^動(速さ)→等速直線運動→慣性の法則 ィ落下運動→斜面の運動

・速さは単位時間当たりに進む距離で

¥す

E全体的に運動を教えるという内容で

@あり力学という色は薄い

考察

① 全体的な傾向として

 運動の説明であり、動力学というよりは運動学的内容が重視されている。実験(記録タイ

マー)から読み取れることは運動の状態だけで力との関係は分からない。一方、力との関連 は分からなくとも落下運動にしても等速直線運動についても捉えることが出来る。つまりそ の考え方は、ニュートン的であっても、アリストテレス的であってもよいことになる。

 子供が実験に対する内容が印象強く残っていると考えるならば、力との関連というよりは むしろ運動そのものの状態を強調されるだけで力との関連が薄れることは構成主義を前提と すれば明らかなはずである。

② 落下運動と等速直線運動の取り扱いは?

 落下運動に関しては力が働くので速度が変化すると子供がとらえていないのは明らか。調 査の結果からも等速直線運動にも動力源を考える。この時に子供の中には何が残るのだろう か。それは、力の有無と運動の変化の関連とは捉えず落下運動における力、等速直線運動を 起こす力と別々の2種類の力を考えることである。

 推測ではあるが記録タイマーによる単位時間当たりのテープの長さが長い時は強く引い ている(強い力が掛かっている)、等間隔の時は同じ力で引いていると考える方が納得しやす い。大日本図書、教育出版の教科書では記録タイマーの使用に当たってはまず手で引っ張っ て運動を見分ける実験を行う。これの意図はテープの打点間隔から運動を読み取るものであ るが、まさしくそれは運動を読み取るしか出来ず、テープを引く子供の手には力が要るので

ある。

 彼らは筋肉の緊張や衝撃によって力を認めることは明らかであり逆にそれでしか力を認 めようとしない生徒が多い。落下運動や等速直線運動に関してテープの記録だけとらえさせ、

力の体験的なものを抜きにすれば実体論的なイメージはつかめないものと思われる。

 運動と力の関係において運動の変化は実験によって分かるが、力の有無はまったく分から ず一方的に注入されるだけである。またそれがわからずとも運動としての内容だけなら理解 できる。

③ その他

 作用反作用の取り扱いは各社で様々であるが、物体が動き出す時には力が要るという内容 の中で取り扱うのが適当かと思われる(啓林館、東京書籍)。そして作用反作用は力そのもの 性質ではなく力を及ぼす時に伴う現象であるというのが大切ではなかろうか。第三法則は、

第二、第一法則と別物である。

(2) 等速直線運動について 疑問と結果によって内容を見る

大日本図書 疑問摩擦がほとんどない時、水平な大の上では台車はどんな運動をす るだろうか?

結果外から力が作用しないで進む時速さは変わらない。

学校図書 疑問水平面上で運動する物体はどんな力が働いているだろうか、また その運動はどんな運動だろうか?

結果滑らかな水平面上では同じ速さで走りつづける。(次の慣性の法 則で重力と抗力がつりあう事を説明)

啓林館 エアトラックのストロボ写真で考察

摩擦力が働かないと初めに加える力の大きさを変えると速さは異なる が、一定の速さで運動する。

東京書籍 疑問 摩擦力を出来るだけ小さくした水平面上では物体の速さは変わら ないのだろうか?

結果手から離れた後、台車は一定の運動をしている。

教育出版 疑問 水平面上で力学台車を手で押し、動かして離すとどのような運動 をするのだろうか?

結果力学台車は力を加えなくても運動を続ける。この時の台車の速さ は時間に関係なく一定である。

気づき

 運動は実験で説明できるがここまでで全てが終わっている。等速直線運動を説明している だけである。力の関係については摩擦力が働かないとしているのが大日本図書、啓林館、東 京書籍。子供の負の要因には答えるが斜面の運動での力の測定に匹敵するもの、つまり力の 有無を考えるものがない。東京書籍では『速さが変わる運動では必ず力が働いた。』の説明は あっても『速さが変わらなければ、力は働いていない。』を説明するものはない。逆はまた真 ならず。待遇を説明するだけで進めるのはあまりにも数学的である。子供は「力が働かなけ れば静止する」の考えが圧倒的であることを考えると教科書の内容は浸透し難いといわざる を得ない。

 等速直線運動の下で力が働いていないことを示すには、まず力が一義的に表されることを 示さなければならない。つまりこめられた力はないこと、ものが接触しないと力は働かない

(空間を離れて働く電磁力などを除いては)ことを力の性質としてまず示すことが大切だ。

これを教科書は分かっているものとする暗黙の了解がある。だから速度と力の混乱を起こす。

 慣性の法則は内容の精選から等速直線運動の引き続きでもってきているのはわかるが、本 来の意味は座標系の決定に必要なものとしての捉え方である。第二法則の特例ではないこと は注意すべきである。またこの状態では慣性の法則のイメージは子供の動力源と矛盾が生じ 消されてしまう。

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