運動の基本１｜「速さ」と「速度」の違いと等速直線運動

「等速直線運動」はその名の通り「同じ速度で(まっすぐ)進む運動」のことをいい，「等速直線運動」は物理の中で最も基本的と言ってよい運動の１つです．

小学校の算数でよくある「A君は分速50mでまっすぐ歩きます．3km歩くのに何分かかりますか？」といった文章題は等速直線運動の問題です．

等速直線運動を理解するためには，「速度」をきちんと物理的な意味で理解する必要があります．

我々は日常的には「速さ」や「速度」という言葉を使いますが，物理では「速さ」と「速度」は明確に異なる概念です．

このように，普段使っているからといって，「速さ」と「速度」の違いを意識せずに問題を解くと，誤りになってしまうことがあります．

この記事では，「速度」と「速さ」の違いを説明したあと，「等速直線運動」について簡単に説明します．

「速さ」と「速度」の違い

冒頭でも述べたように，物理では「速さ」と「速度」は明確に区別され，しっかり使い分ける必要があります．

平均の速さと瞬間の速さ

「速さ」には

• 平均の速さ
• 瞬間の速さ

の2種類があります．

平均の速さ

当然のことながら，マラソンでは最初から最後まで同じスピードで走るわけではなく，他の選手との駆け引きや，ラストスパートなどで速くなったり遅くなったりします．

常に同じスピードで走っているわけではなくても，「10kmマラソンを40分で走った」と聞くと「トータルすると分速250m」と考えることはよくあります．

つまり，最初と最後だけを見て，トータルのスピードを考えているわけですね．

このように，走っている瞬間瞬間のスピードは気にせず，トータルで見て考えるスピードのことを「平均の速さ」といいます．

瞬間の速さ

移動する物体を観察するとき，その観察時間が十分に短ければ，その間でスピードの変化は微小なので，ほとんど変化していないと言ってよいでしょう．

この観察時間は短ければ短いほど，その間のスピードの変化はないものと考えることができ，どんどん観察時間を短くしていけば，瞬間瞬間のスピードを考えていることになりますね．

このようにして考えた瞬間瞬間のスピードのことを「瞬間の速さ」といいます．

平均の速さを「長期的にみたスピード」というならば，瞬間の速さは「今みたスピード」ということができます．

速度

「瞬間の速さ」はあくまでスピードだけで，池の周りをグルグル回っていても「速さ」が一定ということはあり得ます．

一方，「速度」は瞬間の速さに加えて，移動の方向も考えます．

例えば，「1kmをA君は分速50mの『速さ』で歩く」といえば，A君は普通に道を歩いて行った様子が思い浮かびます．

しかし，もし「1kmをA君は分速50mの『速度』で歩く」といえば，物理では「A君は道が曲がっていても関係なく，壁にぶつかろうが側溝に落ちようがお構いなしに，壁をぶち破ったり側溝の水の中をじゃぶじゃぶと，『まっすぐ』同じ速さで進む」ことになります．

よって，速度は「向き」と「大きさ」を同時に考えているので，ベクトルで図示することができますね．

速さの単位

時間の単位としては，

• 秒(記号はsecondの頭文字で“s”)
• 時間(記号はhourの頭文字で“h”)

が使われることが多く，距離の単位としては

• メートル(記号はmeterの頭文字“m”)

が使われることが多いです．

これらを用いると，例えば

• 時速3km→$3[\mrm{km/h}]$
• 秒速5m→$3[\mrm{m/s}]$

などとなります．

“/s”，“/h”がそれぞれ「1秒あたり」「1時間あたり」という意味であることは当たり前にしておきましょう．

等速直線運動

それでは，等速直線運動の説明に移ります．

最近，ウィンタースポーツの「カーリング」が有名になりつつありますね．

カーリングでは，氷と石の間の摩擦力はとても小さいので，石はほとんど減速せずスーッと一直線に滑っていきます．

ただ，とても小さいとはいえ摩擦力は0ではないのでいずれ静止しますが，もし摩擦力が完全に0であれば，石は同じ方向に速さ一定で進んでいきます．

この運動のことを「等速直線運動」といいます．

「速度」が瞬間の速さと向きによって決まることから，「速度が一定」であるとは「常に同じ向きに，同じ瞬間の速さで移動する」という意味になります．

ですから，等速直線運動は「速度が一定の運動」と説明することもできますね．

「速度が一定」といえば，運動の向きも同じとなるので「一直線上を同じ方向に動く」という意味が自然と含まれますね．

以下は，等速直線運動の公式です．

例えば，

• 速度$v$で時間1進めば，移動距離は$v$
• 速度$v$で時間2進めば，移動距離は$2v$
• 速度$v$で時間5進めば，移動距離は$5v$

ですから，速度$v$で時間$t$進めば，移動距離は$vt$となりますね．