まず力試しの試験をしました。
上の図は、床の上に乗った物体の上にさらにもう一つ物体が乗っているところである。物体および床に働く力を全て図に書き込め。
書き込み終わったら、どの力とどの力が作用・反作用の関係にあるかを示せ。
図は物体と物体、物体と床の間に隙間があるように描かれている。これは境界部分にどのように力が働いているのかがわかりやすくなるようにするためで、もちろん実際には物体どうしは密着している。そう考えて力の図を書くこと。
以下の文章のうち、作用・反作用の法則の説明として正しいものに○、そうでないものに×を記し、どこが間違いかを述べよ。
(a)相撲取りと小学生が相撲を取っている。この時、相撲取りから小学生に及ぼされる力と、小学生から相撲取りに及ぼされる力を比べると、当然前者の方が大きい。
(b)人間が壁を殴る(これを作用とする)。すると壁は目に見えないほど小さくではあるがいったんへこみ、弾力で元に戻る。戻ってくる時に人間のこぶしにあたる。この時働く力が反作用である。
(c)作用・反作用の法則は物体がどんな運動をしていたとしても成り立つ法則である。
チェックテストをやった目的は、「作用・反作用に関する誤解」の多くについて知っておいてほしかったから。これに正解した人も、「こういう間違いをやっちゃう人(児童生徒)がたくさんいる」ということは知っておいて損はないです(将来自分が教えるときのために)。
まず問い1-2の(a)から行きましょう。
答えは×で「作用・反作用なのだから力は等しい」です。「相撲取りの方が強いに決っている」というのは素朴過ぎる考え方なので気をつけよう。
ちなみに「相撲取りよりも強い小学生がいるかもしれないから、こう言い切ったら間違いだ」という理由で×にした人もいた。これは一本取られた、って感じだが、実は「相撲取りよりも強い小学生」がいたとしてもこの二つの力は等しいのである。
作用・反作用の法則を書いておくと、
である。したがって作用・反作用の法則からすれば「等しい」でなくてはいけない。
次に
を考えよう。これも間違い。実は作用・反作用は「同時に」働く。だから「壁を殴った」ときの作用はその瞬間に反作用があり、「壁が戻ってくる時」にはその瞬間にまた別の作用・反作用ペアがある。
最後の
は正しい。物理法則というのはいつでも成り立つようになっている。
この3問の正解率は4割〜6割。つまり半分ぐらいの人が間違えてしまっているので、「教える立場に立つ人」としてはちょっと問題。ただ、こういうのは「誤概念」という名前がついていて、うっかりすると間違えるパターンとして研究されている。つまりは「いかにも間違えやすい」ところを聞いているわけ。ただ、この授業を受けている人は教員を目指している人が大半なんだから、こういう「うっかりすると間違えるポイント」は前もって理解しておかないといけない。
問い1-1に戻ろう。いろいろ正しくない絵があったのだが、まず、
のように力が足りない例がたくさん見られた。
図に書き込んだように「重力」「上の物体が下の物体から押される力(垂直抗力)」「下の物体が床から押される力(垂直抗力)」を書いたとすると、作用・反作用の法則(作用と反作用では「主語」と「目的語」が逆転する)からして「下の物体が上の物体から押される力」と「床が下の物体から押される力」が必要なのである。それも書くと
となる。これが正解(重力に反作用はないのか?って話は上にも書いた通り)。
もう一つ多かった間違いは、
のように力の矢印の始まる位置がおかしいもの。矢印の根元の○の部分は「作用点」なので、これだと「上の物体が下の物体を引っ張る」という図になってしまっている。
時間がなかったのでこの図の間違いについていちいち語れなかったが、「図を描く」というのは物理を理解するときにとても大事な作業なので、ここがちゃんとできてないようではいけない。
今日は作用・反作用に関する「誤概念」をテストした。物理にはこういう「うっかりと勉強すると(あるいは先生がうっかりと教えると)」間違った概念が形成されてしまい、困ることになるポイントが多数存在する。教員志望の皆さんは前もってこういう誤概念を克服しておいて、児童生徒をこの誤概念に導いてしまわないように気をつけなくてはいけない。
とはいえそれは難しいことではなくて、今日の話でいえば、要は「作用反作用の法則」の中身をちゃんと理解して、自信を持って教えることができる状態になっていればいいのである。
心の中に「自分が教えることになる中学生」を思い浮かべてみてください。遠慮なく質問をぶつけてくる小生意気な奴がいいです。その子に自信を持って「それはこうだよ」と教えられるように、準備をしましょう。
この授業ではしばらくは力学の範囲に関して概念を正しく理解して(生徒が間違った方向に進まないように教えて)いく方法を考えていきます。
青字は受講者からの声、赤字は前野よりの返答です。
主なもの、代表的なもののみについて記し、回答しています。