『圧力(あつりょく)』という言葉は、物理だけでなく日常生活でも使われていますね。
「次のテストは20点アップしろってプレッシャー(＝圧力)かけられたー」なんて言っていませんか？
こういう発言を聞くと、『圧力』も力の一種かな？と思ってしまいますね。
でも、物理学的には『圧力』は重力(じゅうりょく)や弾性力(だんせいりょく)のような力そのものではありませんよ。
『圧力』とは、1 m2あたりにかかる力(力の種類は何でも良い)のことなんです。
なぜこんな定義が生まれたのでしょう？
そして、空気から受ける圧力は『大気圧(たいきあつ)』、水の重さによって生じる圧力は『水圧(すいあつ)』と呼ばれているんですよ。
では、『圧力』『大気圧』『水圧』について見ていきましょう。
今回は、鉛直方向の落下運動の3つ目、『鉛直投げ上げ(えんちょくなげあげ)』について学びましょう。
『鉛直投げ上げ』は読んで字のごとく、鉛直上向き、つまり真上に投げ上げた物体の運動ですよ。
何か物体を真上に投げ上げたところをイメージしてください。
消しゴムや小石を真上に投げ上げてみてもいいですよ。
(自分や他人に当てないように！)
物体を真上に投げ上げると、最高点に達した後、真下に落下してきます。
なので、落下運動なんですね。
そして、鉛直上向きに上昇している間も、鉛直下向きに落下している間も、物体は重力(じゅうりょく)だけを受けて運動していますね。
ですから、『鉛直投げ上げ』は重力加速度(じゅうりょくかそくど)を持つ等加速度直線運動なんですよ。
『等加速度直線運動(とうかそくどちょくせんうんどう)』とは、「物体がずーっと一定の加速度で直線上を進む運動」でしたね。
速度の変化が一定、というシンプルな直線運動でしたが、現実にこんな運動はあるんでしょうか？
実は、わりとあるんですよ。
一番身近な例は、『落下運動(らっかうんどう)』でしょう。
誰でも物を落としたことがありますよね。
机の上から消しゴムを落としてしまったり、橋の上から小石を落としてみたり。
そのとき、物体は速度をどんどん増しながら落ちていきます。
つまり、加速度運動なんですね。
落下する様子を写真に撮ったり、学校の授業で記録タイマーを使った簡単な実験をすると、落下運動＝等加速度直線運動であることが分かりますよ。
物理基礎で扱う落下運動は、鉛直方向の運動で3つあります。
今回は、『自由落下(じゆうらっか)』と『鉛直投げ下ろし(えんちょくなげおろし)』の2つについて学んでいきましょう。
今回からは、電磁気分野の物理編に入りますよ。
難しくありませんよ、ただね・・・ボリュームが多いだけです！
一歩一歩、一緒に進めていきましょうね！
では、静電気力(せいでんきりょく)またはクーロン力の大きさが分かる『クーロンの法則』から学んでいきましょう。
「静電気力」という言葉は、物理基礎でも学びましたね。
静電気力については、
という「静電気力の向き」と「静電気力の大きさが変わる条件」の知識で止まっています(忘れていたら、こちらですぐに復習！)。
さて、静電気力の実際の大きさはどう求めれば良いの？という疑問に答えてくれるのが、『クーロンの法則』なんですよ。
今回は、『等加速度直線運動(とうかそくどちょくせんうんどう)』について学んでいきましょう。
その名の通り、「物体がずーっと一定の加速度で直線上を進む運動」ですよ。
現実の運動では、例えば自動車は加速したり減速したりストップしたり、時刻によって加速度はバラバラですよね。
でも、そんな複雑な運動をいきなり扱うのは大変です。
なので、「加速度は一定」というシンプルな直線運動から考えていきますよ。
「えーっと、等速直線運動とごっちゃになっちゃいました・・・」
はじめはみんな混乱するんですよ。
ここで違いを理解しておきましょうね。
『等速直線運動』は、直線上を同じ向きに同じ速度で進む運動です。
『等加速度直線運動』は、直線上を同じ向きに同じだけ加速しながら進む運動なんですね。
加速しているので、等加速度直線運動では速度は変化していますよ。
『等加速度直線運動』は、力学分野の最初の山場です！
しっかり理解していきましょうね。
物理では、物体の色々な運動の法則を学びますよね。
そして、一番シンプルな運動が『等速直線運動(とうそくちょくせんうんどう)』です。
これは、「物体がずーっと一定の速度で直線上を進む運動」でしたね。
でも、現実では、「物体がずーっと一定の速度で運動」することはなかなかありません。
例えば、私たちは買い物に行く途中でゆっくり歩いたり、止まったり、小走りになったり、速度はコロコロ変わりますよね。
自動車だって、アクセルを踏めば速度が増すし、ブレーキを踏めば減速しますよ。
つまり、現実の物体の運動を正確に表すには、物体の速度の変化を考える必要が出てくるわけですね。
そこで、昔の科学者たちは、物体の速度の変化を数量的に表す方法を考え出しました。
それが、『加速度(かそくど)』なんですね。
『相対速度(そうたいそくど)』という言葉を聞いたことがありますか？
「相対的」な速度、なんて何だか意味深ですね。
「物の見方」をちょっと変えると、相手の見かけの速度が変わりますよ、ということなんです。
この間、電車に乗ってお出かけしたとき、同じ向きに並んで走る隣の電車を窓から眺めていました。
そうすると、
隣の電車が止まって見えたり、
隣の電車が後ろに下がっていくように見えたり、
逆にこちらの電車が後ろに下がっていくように感じたり、
という面白いことがあったんですよ。
同じ経験がある人、いっぱいいるでしょう？
こちらも隣の電車も走り続けていて、実際には止まったりバックしたりしていないのに、不思議ですよね。
どうしてこんな風に見えるのでしょう？
それは、自分を基準にして、「相対的」に物を見ているからなんですね。
そして、「相対的」に見た相手の速度のことを『相対速度』と言いますよ。
今回は、『速度の合成(そくどのごうせい)』についてお話しますね。
「速度を合成するって、別々の速度を足し合わせるの？いつそんなことをするの？」
『速度の合成』なんて、いかめしく言うからビックリしますよね。
実は、私たちの身の周りでよくあることなんですよ。
動く歩道を見たことがありますか？
今、動く歩道を眺めていると想像してくださいね。
普通の道路を歩いてきた人が、そのまま動く歩道の上を歩いていきます。
その人が移動する速度は、普通の道路上と動く歩道上のどちらが速いですか？
もちろん、動く歩道の方ですよね。
なぜ動く歩道を歩く方が、人が移動する速度は速くなるのでしょう？
それは、普通の道路上を歩く速度に、動く歩道の速度が加わっているからですね。
なので、動く歩道上の方が移動速度が速くなるわけです。
これが、『速度の合成』なんですよ。
流れる川の上を進む船とか、身近な例が色々ありますね。
『等速直線運動(とうそくちょくせんうんどう)』は、「物体がずーっと一定の速度で直線上を進む運動」でしたね。
そして、問題を解くコツは、図を描いて運動のイメージをつかむこと、でした。
(詳しくはこちら)
今回は、「等速直線運動をグラフで理解する」段階に進みましょう！
「えー！グラフって難しいし、読み取り方もよく分からない・・・」
はじめは誰でもそう思いますよね。
でも、グラフが本当に難しいものなら、なぜ世界中の人々が今日もグラフを使っているのでしょうね？
それは、とても便利で、実は難しくないからなんですよ。
等速直線運動では、『x–tグラフ』と『v–tグラフ』という2種類のグラフを使っていきましょう。
物理では、物体の運動の法則について学びますね。
直線上を転がったり、上から落としたり、投げ上げたり、色々なパターンの運動がありますよ。
その中で、はじめに出てくるのが、『等速直線運動(とうそくちょくせんうんどう)』(または『等速度運動(とうそくどうんどう)』)です。
「『とうそくちょくせんうんどう』って、何なんですか？3回続けて言ったら、舌を噛みそう」
ええ、舌を噛んだことがありましたよ・・・。
でもね、ただの早口言葉ではありませんよ。
物体の運動の様子を、そのまんま表しているんですね。
つまり、『等速直線運動』はその名の通り、
「物体がずーっと一定の速度で直線上を進む運動」
というわけです。
ところで、なぜはじめに『等速直線運動』について考えるのでしょうか？
それは、一番シンプルな運動だから、物理の入口としてピッタリなんです！
Dr.あゆみです。
物理が大好きで、大学で物理学を専攻し、博士(理学)の学位を持っています。
塾講師のアルバイトを5年間経験し、物理や数学を教えていたこともありますよ。
物理の楽しさを伝えたいなと思い、「高校レベルの物理をビジュアルでわかりやすく」解説したブログを作りました。
・物理現象のイメージ
・物理の基本原理
・問題を解くときの考え方
を丁寧に伝えていきますね。
今、物理が分からなくて困っているあなたも、もう一度物理を勉強し直したいあなたも、きっと物理が好きになりますよ。
あなたのお役に立ちますように。
