LastUpDate 2017/09/18
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物体の運動

速さ

速さとは単位時間に移動する距離のことである。

平均の速さ

物体がある時間の間、一定の速さで動き続けたと考えた場合、移動した距離を移動にかかった時間で割った速さ。
平均の速さ = 移動距離 かかった時間

瞬間の速さ

平均の速さにおいて、ごく短い時間に移動した距離での速さ。自動車のスピードメーターなど

記録タイマー

一定の時間間隔でテープに点が打たれる。東日本では1秒間に50回、西日本では1秒間に60回である。
1秒間に60回の場合、1回の打点は 1 60 秒 なので、6打点で0.1秒となる。

力と運動

力の加わる運動

力のはたらき(1年の学習範囲)
物体に力がはたらいた場合、
1. 物体を変形させる。2. 物体を支える。3. 物体の動きを変える。の3つのはたらきがある。

力のはたらきの3にあるとおり、物体に力をくわえると物体の動き(速さ)が変化する。
運動している物体で、運動と同じ方向の力を加えれば速さは大きくなり、逆向きの力を加えれば 速さは小さくなる。また力の大きさを大きくすれば、それだけ速さが変化する割合も大きくなる。
物体に力をくわえると、加えた力の大きさに応じて速さが変化する。
物体に常に一定の力が加わっている場合、速さは一定の割合で変化し続ける。
例)・・・自由落下運動、斜面の運動、摩擦面での運動など

自由落下運動のグラフ・・・物体を自由落下させると時間と共に速さが増す。
物体を自由落下させた場合、物体には重力がかかる。空気抵抗を無視できる範囲で考えれば常に同じ大きさの下向きの力がはたらく。 常に同じ大きさの力が加わるので、物体の速さは一定の割合で大きくなる。つまり速さは時間に比例する(グラフ1)。 縦軸に速さ、横軸に時間をとると、速さ×時間=距離の関係から、グラフの下の部分の面積が距離になる。 すると距離は時間の2乗に比例する。(グラフ2) 速さ 時間 この面積が距離グラフ1 距離 時間グラフ2

力のはたらかないときの運動

物体に力がはたらいたときに、速さは変化するので、力がはたらかないと速さは変化しない。つまり、運動している物体に力がはたらいていなければ 同じ速さで、同じ方向に運動を続けることになる。
このときの、同じ速さで同じ方向(一直線上)に進む運動を等速直線運動という。

等速直線運動のグラフ
速さずっと一定なので、横軸に並行なグラフになる(グラフ1)
距離は時間に比例する。(グラフ2)
グラフ1 時間 速さ この面積が距離 時間 距離 グラフ2

慣性の法則

物体に力ははたらかないときや力がはたらいていてもそれらがつりあっているとき、
静止している物体は静止し続け、動いている物体はそのままの速さ、そのままの方向に同じ運動を続ける。

「物体に力が加わらないと物体の運動状態が変化しない」ことを表したのが慣性の法則である。
静止している物体には力が加わっていないか、加わっている力がつりあっているかのどちらかである。またこれは静止状態だけでなく等速直線運動でも同様である。
また、静止している物体が静止し続けようとする、動いている物体が動き続けようとする性質を慣性とよぶ。

作用反作用の法則

力は常に対であり、対になっている力は同じ大きさ、反対向き、一直線上にはたらく。
力はどんな場合でも単独では存在せず、必ず対になっている。そしてそれは2つの物体の間でおよぼしあう
「AがBをひく力」作用とすると、必ず同じ大きさで、一直線上の反対の力の「BがAをひく力」が存在しそれを反作用という。

作用反作用とつりあいのちがい
つりあう2力は1つの物体にはたらく力である。
作用反作用は、2つの物体の間で相互におよぼしあう力である。
つまり、つりあいは1つの物体に着目し、そこにはたらく力を探す。
作用反作用では力を出す物体と、その力を受ける物体の2つの物体に着目する。
例)
//グラデーション天井ひもおもりABCDE 図のように天井にひもをつけて、ひもの先におもりがぶらさがって静止している。ひもの重さは非常に軽く無視できるものとする。
図には
A 天井がひもをひく力 B ひもが天井をひく力 C ひもがおもりをひく力 D おもりがひもをひく力 E おもりにかかる重力
この5つの力が示されている。

A天井がひもをひく力について
「つりあっている力」を考える。
「天井がひもをひく力」は「ひも」に対してはたらく力なので、ひもに着目する。
ひもに対してはたらいている力は、もうひとつ「Dおもりがひもをひく力」である。よってAとつりあっているのはDである。
「反作用の力」を考える。
天井ひもをひく力」は、天井とひもの間の相互作用なので2つの物体の順序を入れ替えれば反作用の力ができる。
天井がひもをひく力 ひもが天井をひく力
よってAの反作用の力は「Bひもが天井をひく力」である。

物体の運動 練習問題

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物体の運動

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