物理

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力の基本3|運動方程式,力と質量と加速度の関係

力の基本2|力のつりあいとその例】の続きです.

この記事では「運動方程式」について説明します.

「運動方程式」とは,質量mの物体に力\overrightarrow{F}を加えたときに物体が得る加速度を\overrightarrow{a}としたときに,成り立つ式\overrightarrow{F}=m\overrightarrow{a}のことをいいます.

「力のつりあい」による等式は静止している物体に対して有効でした.一方,「運動方程式」は静止している物体だけでなく,等加速度運動している物体に対しても有効です.

「運動方程式」は非常に重要なので,必ず押さえてください.

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力の基本2|力のつりあいとその例

力の基本1|基本的な6種類の力を知る】の続きです.

前回の記事では,「重力」「垂直抗力」「摩擦力」「張力」「弾性力」「浮力」のそれぞれについて簡単に説明をしました.

これらのうち,「垂直抗力」と「張力」にはパッと求められるような公式がなく,「力のつりあい」や「運動方程式」を用いて求めることが多いです.

質量をもつ全ての物体には「重力」がはたらきますし,接触していれば「垂直抗力」,「摩擦力」がはたらきます.液体に物体が浸かっていれば「浮力」がはたらきますし,紐につながっていれば「張力」が,バネにつながっていれば「弾性力」がはたらきます.

「力のつりあい」や「運動方程式」を用いるためには,はたらく力を図に全て正確に書き込めるようにならなければなりません.

この記事では,力のつりあいについて説明したあと,「力のつりあい」の例を考えます.

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力の基本1|基本的な6種類の力を知る

物理において,力がどのようにはたらいているのかを理解することは非常に大切です.

例えば,物理の目的には「未来の予測」などがあります.

たとえば,物体に力を加えると物体が加速度を得ることがありますが,どのような向きに力を加えて人工衛星を飛ばせば地球の周回軌道に乗せられるか,といったことは「未来の予測」です.

【参考記事:運動の基本3|等加速度直線運動の3つの公式

他にも,物体に力を加えると物体が回転することがありますが,どのような設計にすれば自転車を楽にこげる(車輪を回転させられる)か,などといったことも物理の問題になります.

このように,力を理解することは物理において非常に重要なのです.

この記事では,力の基本として,力にはどのような種類があるのかを説明します.

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運動の基本5|向きの決め方,向きを変えるとどうなるか

運動の基本4|等加速度直線運動の3つの公式の具体例】の続きです.

前の記事では具体例として「自由落下」,「鉛直投げ下ろし」,「鉛直投げ上げ」を扱いました.そのとき,私は「全て向きは『鉛直下向き』で考える」という断り書きをしました.

この記事では,

  1. なぜ最初に向きを決めるのか
  2. 異なる向きで考えるとどうなるのか

について書きます.

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運動の基本4|等加速度直線運動の3つの公式の具体例

運動の基本3|等加速度直線運動の3つの公式】の続きです.

等加速度直線運動に関する3つの重要な公式v=v_0+atx=v_0t+\dfrac{1}{2}at^2v^2-{v_0}^2=2axについて書きました.

等加速度直線運動をする最も基本的な例は「自由落下」,「鉛直投げ上げ」,「鉛直投げ下ろし」です.

この記事ではこれら「自由落下」,「鉛直投げ上げ」,「鉛直投げ下ろし」について考えます.

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運動の基本3|等加速度直線運動の3つの公式

運動の基本2|加速度と等加速度直線運動】の続きです.

前回の記事で「加速度」について具体例を使って説明し,「等加速度直線運動」とは「加速度が一定の運動」のことであるということも説明しました.

等加速度運動を理解するときには,「速度v」,「位置x」,「時刻t」に関する3つの公式が非常に重要な役割を果たします.

この記事では等加速度直線運動を理解するための3式について説明します.

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運動の基本2|加速度と等加速度直線運動

運動の基本1|等速直線運動,「速さ」と「速度」の違い】の続きです.

小学校の算数で習う「速さ」,「距離」,「時間」の話で,道がまっすぐであるときに等速直線運動ということは前回の記事で書きました.また,「速度」と「速さ」は異なる概念で,「速度」は「速さ」と「向き」を併せたものであることも説明しました.

「等速直線運動」は「速度が一定の運動」つまり「速度が変わらないの運動」であるのに対し,「等加速度直線運動」は「速度」が変わる運動です.

「等加速度直線運動」は高校物理で最初に触れるといっていい新しい概念で,ここでつまずいてしまうとずるずると物理が苦手になってしまいますから,必ず押さえてください.

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