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物理実験室

物理実験室

物理法則をリアルタイムで体験。重力・速度・力をインタラクティブに操作し、RK4数値積分による精密なシミュレーションをお楽しみください。

  • 力学 6
  • 波動 1
  • 電磁気 1
  • 熱力学 1

物理実験室には何があり、ほかと何が違うのですか？

9つのインタラクティブなシミュレーターがあり、どれも「それらしく動かす」アニメーションではなく、実際の方程式を解いています。自由落下、投射運動、ばね-質点の振動、重力と軌道、振り子、衝突、波の重ね合わせ、直流回路、理想気体です。どのシミュレーターも2〜3個の物体を同時に動かせるので、変数を1つだけ変えて、その違いを想像するのではなく自分の目で確かめられます。

そして各シミュレーターの最後には、ほかの物理実験サイトにはない仕掛けがあります。画面に出ている数値を、それを測る単位へ、さらにその単位を定義している定数へとさかのぼるパネルです。振り子の周期は g と秒へ、波のラボはヘルツとメートルへ、気体のラボはパスカル・リットル・ケルビン・モルへ、そして R = N_A·k_B へとつながります。この R は2019年から、測定値ではなく定義で決まる値になりました。

力学

自由落下シミュレーター

空気抵抗ありの自由落下をシミュレーション。質量・高さ・形状を調整して、物体の落下を観察しよう。RK4によるリアルタイム物理シミュレーション。

つながる単位 — 高さ・質量・速さ → 標準重力加速度 g₀

投射運動シミュレーター

空気抵抗ありの投射運動をシミュレーション。速度・角度・質量・形状を調整して軌道を比較。RK4によるリアルタイム物理シミュレーション。

つながる単位 — 初速・角度・到達距離 → 標準重力加速度 g₀

バネ-質点シミュレーター

減衰振動をシミュレート。質量・バネ定数・減衰係数を調整して、不足減衰・臨界減衰・過減衰の運動を観察。リアルタイムRK4物理シミュレーション。

つながる単位 — ニュートン毎メートルとヘルツ

重力と軌道

惑星を投げ入れ、探査機を木星でスイングバイさせ、恒星の円盤を引き裂く。ニュートンの万有引力が描く本物の軌道です。

つながる単位 — 天文単位・太陽質量・年 → もっとも精度の低い定数 G

振り子シミュレーター

いくつもの振り子を同時に揺らして、リズムを決めているもの——長さ・重力・振り出す角度——を発見しよう。

つながる単位 — 長さと周期 → g と秒

衝突・運動量シミュレーター

円盤どうしをぶつけて、決して破れない法則を発見しよう——弾性でも非弾性でも、衝突では全運動量がつねに保存されます。

つながる単位 — ジュール、そして単位に名前のない量「運動量」

波動

波の重ね合わせラボ

正弦波を重ねて、干渉・うなり・静止する波を観察しよう。すべては波動方程式 v = f·λ から。

つながる単位 — ヘルツとメートル → ΔνCs と c

電磁気

電気回路・オームの法則ラボ

回路を組み、電圧と抵抗をスライドして、オームの法則 V = I·R で点灯させよう——直列と並列を並べて比較。

つながる単位 — ボルト・オーム・ワット → 電気素量 e

熱力学

理想気体ラボ

跳ね回る分子と本物の物理：圧力は壁との衝突から生まれ、P·V = n·R·T がリアルタイムに成り立つ。

つながる単位 — パスカル・リットル・ケルビン・モル → R = N_A·k_B

物理ラボとは

物理ラボは、本物の物理をブラウザで実験できるインタラクティブなシミュレーター集です。自由落下・振動・放物運動について読むのではなく、条件を設定して再生を押し、物理に基づいた正確な運動が展開するのを見ます。各シミュレーターは複数のオブジェクトを同時に走らせられるので、質量・角度・重力・ばねの硬さが結果をどう変えるか比較できます。運動の背後にある方程式への直感を、手を動かして育てる方法です。学生・教師、そして物理世界の振る舞いに興味のある誰にとっても最適です。

使い方

  1. 1 シミュレーターを選ぶ: 自由落下、ばね-質量の振動、放物運動。
  2. 2 高さ・角度・質量・重力・ばね定数などのパラメーターを調整する。
  3. 3 再生を押し、リアルタイムの物理でシミュレーションが走るのを見る。
  4. 4 複数のオブジェクトを並べて走らせ、変数が運動にどう影響するか比較する。

背景にある科学

各シミュレーターはアニメーションを見せかけるのではなく、実際の運動方程式を解いています。自由落下と放物運動は一定の重力下でニュートンの法則に従い、ばね-質量系はフックの法則に従って単振動を生みます。シミュレーションは数値積分で微小な時間刻みごとに進むため、軌道・速度・振動周期は実験で測る値と一致します。物理が本物なので、放物体の放物線軌道やばねの周期といった教科書の公式を、実際に再生して確かめられます。

関連ツール

シミュレーターと物理公式集を組み合わせ、各運動の背後にある方程式を確かめましょう。単位変換ツールで、メートル毎秒とキロメートル毎時のような単位を切り替えられます。さらに次元マップで、これらのシミュレーションに出てくる量が基本単位からどう組み立てられるかも見られます。

よくある質問

どんなシミュレーターがありますか?

自由落下、ばね-質量の振動、放物運動のシミュレーターがあり、いずれも調整可能なパラメーターを備えています。

物理は現実的ですか?

はい。シミュレーターは数値積分で実際の運動方程式を解くため、振る舞いは本物の実験と一致します。

複数のオブジェクトを比較できますか?

はい。各シミュレーターは複数のオブジェクトを同時に走らせられ、一つの変数を変えると結果がどう変わるか簡単に確かめられます。

物理の学習に役立ちますか?

とても役立ちます。方程式が動き出すのを見ることで直感が育ち、公式と実際に観察できる運動が結びつきます。