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物理一覧

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|力学で基本的な6種類の力の総まとめ

物理の目的には「未来の予測」があります.

たとえば,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.

この「未来の予測」を行う際,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.

力がどのようにはたらくかを考える分野を力学といいますが,特に高校物理の力学では

  1. 重力
  2. 垂直抗力
  3. 摩擦力
  4. 張力
  5. 弾性力
  6. 浮力

の6種類の力が基本的です.

この記事では,力の考え方の基本を説明して,6種類の基本の力をまとめます.

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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|重力加速度とは?等加速度直線運動の具体例

前回の記事で,等加速度直線運動に関する3つの重要な公式

    \begin{align*} &v=v_0+at, \\&x=v_0t+\dfrac{1}{2}at^2, \\&v^2-{v_0}^2=2ax \end{align*}

を説明しました.

等加速度直線運動の最も基本的な例は「物体の落下」であり,物体の落下を考えるためには,「重力加速度」を知っておく必要があります.

この記事では,「重力加速度」の説明をしたのち,「物体の落下」に関する3つの例

  • 自由落下
  • 鉛直投げ上げ
  • 鉛直投げ下ろし

を具体例を用いて考えます.

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運動の基本3|等加速度直線運動の3つの公式

前回の記事で,「加速度」とは「速度がどれだけ変化するか」を表すものであることを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.

等速直線運動では,速度をv,変位をx,時刻をtとするとx=vtが成り立つように,等加速度直線運動でもv, x, tの間に成り立つ3つの関係式があります.

この3つの関係式を用いることで,等加速度直線運動を考えることができます.

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運動の基本2|加速度と等加速度直線運動

物理では「加速度」は基本的な概念で,理解しておかなければなりません.

「加速度」は文字通り「加速の度合い」ですから,「速度」がどれだけ変化するかを表すものです.

さて,前回の記事では「速度が一定の運動」である「等速直線運動」を考えました.

今回の記事では「加速度が一定の運動」である「等加速度直線運動」を考えます.「加速度が一定」なので,速度が一定に変化する運動が「等加速度直線運動」です.

「加速度」を理解するには,具体例からイメージを掴んでしまうのが手っ取り早い方法でしょう.

この記事では,具体例から「加速度」のイメージを掴み,「等加速度直線運動」の説明をします.

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