物理実験室 - インタラクティブシミュレーター

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。

What is in the Physics Lab, and what makes it different?

Nine interactive simulators, all solving the real equations rather than animating a guess: free fall, projectile motion, spring-mass oscillation, gravity and orbits, the pendulum, collisions, wave superposition, DC circuits and an ideal gas. Each one runs two or three objects at the same time, so you change one variable and watch the difference instead of imagining it.

And each one ends with something no other physics lab does: a panel that takes the numbers on screen back to the units they are measured in, and to the constants that define those units. The pendulum's period leads to g and to the second; the wave lab leads to the hertz and the metre; the gas lab leads to the pascal, litre, kelvin and mole — and to R = N_A·k_B, which since 2019 is a definition rather than a measurement.

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。

Bridges to — height, mass and velocity → standard gravity 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。

Bridges to — speed, angle and range → standard gravity 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。

Bridges to — the newton per metre and the hertz

重力と軌道

恒星・惑星・衛星を打ち出し、ニュートンの万有引力で本物の軌道が描かれる様子を観察しよう。

Bridges to — AU, solar masses and years → G, the least precise constant

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。

Bridges to — length and period → g and the second

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。

Bridges to — the joule, and momentum — the quantity with no named unit

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。

Bridges to — the hertz and the metre → ΔνCs and 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。

Bridges to — volts, ohms and watts → the elementary charge 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。

Bridges to — pascal, litre, kelvin and mole → 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

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。
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。
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。
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。

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。