斜面の台車にはたらく摩擦力の整合性

中学校の物理の実験で、質量500gの台車を斜面の下から上へ、ばねばかりで一定の速さで引いた。斜面の角度は30°、ばねばかりの目盛りは3.0Nであった。次に、同じ台車を斜面の上から静かに放すと、台車は斜面を下り、記録タイマーで測った加速度は2.0m/s²であった。重力加速度は9.8m/s²とし、台車にはたらく摩擦力は斜面に沿って一定とする。ただし、空気抵抗は無視できる。また、ばねばかりは引く前に0Nを示していることを確認した。別の班が同じ実験をすると、ばねばかりの目盛りは3.4N、加速度は1.8m/s²であった。生徒は「摩擦力は一定なので、2つの結果から摩擦力を求められる」と考えた。斜面は木製で、台車には小さな車輪が付いている。記録タイマーは50Hzで、テープの点から加速度を求めた。台車を引くときは、斜面に沿ってまっすぐに引いた。放すときは、手を静かに離した。同じ台車と同じ斜面を使い、2回の実験の間で斜面の角度は変えていない。1回目の実験では、ばねばかりの目盛りが3.0Nでほぼ一定になるように引いた。加速度は、テープの打点間隔から計算した。2回目の実験では、ばねばかりの目盛りは3.4Nで、加速度は1.8m/s²であった。摩擦力の大きさは、台車の重さや斜面の角度によって変わる可能性がある。生徒は、2つの班の結果を比べて、どちらが正しいか話し合った。