古典力学物理物理学・力学理科

「力と運動」とは?古典力学の基礎を理系ライターがわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。今回は力と運動について解説していくぞ。

物理学の基礎といえばやっぱり古典力学だ。力学とはそもそも何をする学問かと言えば、力と運動の関係を調べる学問だ。つまり力と運動は物理学の基礎の基礎だ。何事も基礎基本は大切だぞ。

今回は物理学科出身のライター・トオルさんと解説していくぞ。

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。

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tohru123

ライター/トオル

物理学科出身のライター。広く科学一般に興味を持つ。初学者でも理解できる記事を目指している。

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まずは運動について

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運動とは何でしょうか?哲学的にはやっかいな問題もあるのかも知れませんが、物理学にとってそれは難しいものではありません。物理学にとっての運動はずばり位置の変化です。あるAという位置にあった何かが、次の瞬間Bという位置にいた。このような現象を物理学では運動とよびます。

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運動を表現するには

運動を表現するには

image by Study-Z編集部

運動を表すにはどうすればいいでしょう?科学では何事も実験で確かめなければいけないため、すべて測定できる数字で表す必要があります。位置を表すのは難しくありません。観測する物体のまわりに数直線を張り巡らし、その位置を記していけばいいのです。

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運動と速度

運動と速度

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そうすると、運動は位置の羅列として表現されます。位置の羅列で運動が十分に表せているでしょうか?AからBに移動するのに1秒で移動するのと1時間で移動するのとでは同じ運動状態とは思えません。そこで速度という考えがでてきます。移動した位置の大きさを移動でかかった時間で割るのが速度です。

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速度と加速度

速度と加速度

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位置と速度だけで完全に運動を表現できているでしょうか?そうとは言えません。なぜなら速度も変化するからです。速度の変化も運動を表現するのに使いたいので、加速度という概念を新たに考えます。これは速度の考え方を参考にして、Aでの速度とBでの速度の変化の大きさをかかった時間で割ると出てくるのが加速度です。

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運動と力

位置と速度と加速度で完全に運動を表現できるのでしょうか?できるのです!なぜなら、運動しているものに外から何か変化が加わると変化するのは加速度だからです。逆に、加速度を変化させるものが力となります。運動を変化させるのは力と呼ばれ、力は加速度を変化させるのですから、これで運動は完全に表現されました。

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