〔動く教材〕〔シミュレーション〕気体の圧力粒子モデル（斜め４５度のセンサー） 中学校理科 高校物理

閉じ込められた気体であれば、縦でも横でも、斜めでも圧力は同じです。それを粒子モデル実験で確かめるものとして”斜め４５度のセンサー”を設置しました。圧力は単位面積当たりの力ですが、この粒子モデルの場合は2次元の世界の粒子なので、圧力は同じ長さ当りの力となります。垂直や水平の壁であれば面に垂直な速さ成分を”正負反転”させて、水平成分は”変わらない”という計算で”跳ね返り”を表現できますが、斜め４５度の場合は「どうしたらいいんだろう？」と考えました。その結果、

　斜めの緑センサーで跳ね返るかの判断は、センサーの内側に入ってくる粒子を感知することです。緑センサーは座標（１００，０）（０，１００）の間に引いた線ですから粒子の座標を（ａ、ｂ）とするとａ＋ｂ＜＝１００となる粒子が緑センサーの内側にいこうとして跳ね返るものです。

　この構造で緑センサーの長さが決まります。縦１００横１００の直角三角形ですから斜め線の緑センサーの長さは１００✕√２≒１００✕１．４１４=　１４１．４　となります。青センサーの長さは同じ１４１．４にしています。

　次に跳ね返った後の粒子の進む先は、

　このように、速さや動きの方向（速度）のｘ成分とｙ成分を正負を転換して、ｘ成分とｙ成分を交換することです。

　

　では使い方や動きを紹介します。

　まずは初期画面です。

　起動当初から”力”や”跳ね返りの粒子数”を表示することにしました。このことはこれまで紹介した３つの粒子モデルにも改良を加えています。温度を変えると”温度表示の数字”を上限として力が表示されます。垂直に跳ね返ると上限値となります。薄く跳ね返ると小さくなります。初期画面の長さは最長の７００としました。左端に緑センサーがあるので、小さくすることができず、長さの最小は１５０としました。

　ボタン←１００を２回押しました。

　このような表示になります。

　この状態で実験してみましょう。ボタン実験を押します。

　ボタン実験は白くなって準備中になります。ボタン５分間を押します。

　準備中は実験中に変わります。秒表示が実験時間をカウントして３００秒になったとき実験が終わります。

　測定値が表示されたままになっています。結果をノートなどに転記してください。青センサーと緑センサーの粒子数と力の和を比較してください。いくらか差があります。

　同じ条件で、２回目の実験です。

　今準備中の状況です。温度ボタン１０を押してみましょう。粒子の速さが10倍になりました。

　更に実験ボタンを押します。

　ボタン５分間を押して３００秒後の結果です。（１回目）

２回目です。

　2回目はこれまでより近い数字になりました。

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ボタン２分間も押してみました。


　青センサー、緑センサーとも、ほぼ同じ粒子数、ほぼ同じ力の和となることがわかります。

　実際に使ってみませんか。次の図をクリックすると実際に使えるサイトに移動します。

気体の圧力実験（粒子モデル）斜めの面



http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/kitainoaturyokuryuusimoderu4.html