ニュートン力学
自由落下
真空中では質量によらず全ての物体が同じ加速度 で落ちること、落下距離が に従うことを検証します。スライダーで時間と加速度を読み、距離–時間グラフを理論曲線と比べます。
器具
- 同じ高さから同時に落とす仮想の重い・軽い二物体
- 時間スライダー t（0–40 s）と加速度パラメータスライダー g（0,4–4,0 m/s²）
- 落下距離–時間グラフと一時停止ボタン
- 読み出し $h=\tfrac12gt^2$（$g=9{,}8\ \mathrm{m/s^2}$）
手順
二物体を同時に落下させる
パラメータスライダーを g ≈ 4,0 m/s² にして時間スライダーを進めます。質量が違っても重い物体と軽い物体は常に同じ高さにあります。抵抗を無視すれば落下加速度は質量に依存しません。
落下距離を検証する
図2で時間 t をスライダーで読み、グラフ上の点を と比べます。t = 2,0 s、g = 9,8 m/s² では s ≈ 19,6 m。曲線は放物線で、距離は時間の2乗で増えます。
重力を変えて予測する
パラメータスライダーで g を最小にし、同じ時刻 t で一時停止します。二物体は依然揃って落ちますが遅く、s–t グラフは g に比例して平たくなります。t 一定で g を半分にしたときの s を予測し、グラフで確かめます。
シミュレーション
実験の歴史
ガリレオ・ガリレイは「重い物体ほど速く落ちる」というアリストテレスの説に異議を唱え、17世紀初頭の斜面実験で進んだ距離が時間の2乗に比例することを示しました。ピサの斜塔から錘を落としたという逸話は弟子ヴィヴィアーニが伝えましたが直接の証拠はありません。
アイザック・ニュートンはその結果を『プリンキピア』（1687年）で体系化しました。重力は質量に比例し、慣性はその質量だけ運動を妨げるため、あらゆる物体で です。1971年、アポロ15号のデヴィッド・スコットが月面でハンマーと羽根を落とし、二つは同時に地面に落ちました。