物理物理学・力学理科

「単振動」を克服しよう! 理系ライターがお手伝い

よぉ、桜木健二だ。

入試でよく出題されるのがこの単振動だ。なかなか難しいと感じている人も多いんじゃないかな?
でも基本をしっかり押さえれば大丈夫だ。
今日も物理系ライターのタッケさんと解説するぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

タッケ

ライター/タッケ

物理学全般に興味をもつ理系ライター。理学の博士号を持つ。専門は物性物理関係。高校で物理を教えていたという一面も持つ。1900年くらいから現代物理学は急速に発展し、古典力学を修正してきた。この勢いで発展したら100年度はどうなっているのか。

単振動とは

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単振動とはどのような運動かご存知ですか。普段の生活ではまず目にしないし、聞くこともない言葉ですね。しかし、物理の世界では重要な語句なのです。

たとえば、バネにおもりをつけて引っ張って離します。そうすると、バネはびよーんびよーんと運動(振動)しますね。これが単振動という運動です。この運動の特徴は、振動する物体の速度・加速度が一定ではなく常に変化していることですね。

普通に考えると、この振動する運動状態を解析をするのは大変でしょう。なにしろ、速度も加速度も一定ではないのです。したがってニュートン運動の第2法則を適用するのはとても難しそうですね。

しかし、等速円運動を利用することで簡単に解くことができるのです。等速円運動については以下の記事が参考になります。

ちなみに単振動は、フックの法則や波動とも密接に関係しています。以下の記事も参考にしてください。

等速円運動と単振動

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単振動の理解には等速円運動の知識と理解が不可欠です。もし、まだ怪しいところがあるのなら参考書・教科書や先ほどあげた等速円運動に関する記事などで、もう一度復習してから進んでください。

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物理はみなそれぞれ関連があるんだ。円運動は単振動や波動の理解に絶対に必要だ。
そしてそれらは原子分野にも広がっているんだ。一歩一歩理解しつつ上ってゆこう!

それでは、等速円運動と単振動の関係をみていきましょう。

等速円運動はあくまで等速で円周上を回転するという運動です。これとバネがいったりきたりする運動とは似ても似つかないものですね。しかし、見方を変えると等速円運動を単振動の理解に使えるのです。

次の図を見てください。

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