力学

力学の記事一覧です。

こちらに見やすくまとめてあります。

円運動の運動方程式

すべての運動は運動方程式によって記述される,という話を物理基礎のところでしましたが,当然円運動も例外ではありません!円運動の運動方程式とはどのようなものでしょうか?

向心力

力がはたらかなければ等速直線運動,一定の力がはたらけば等加速度運動,というように,それぞれの運動には “その運動をする理由” があります。円運動の場合,それはどんな理由なのでしょうか?

円運動の基礎

今回からまた新しい分野に突入します。今度のテーマは「円運動」。その名の通り,ある点を中心に円を描く運動のことです。今回は初回ということで,用語を紹介していきたいと思います!

はねかえり係数

自由落下したボールが床と衝突するとき,野球のボールとテニスボールでははねかえる高さが異なります。このように,材質によってはねかえりやすさが異なるわけですが,今回はその「はねかえりやすさ」を表す方法を伝授したいと思います!

運動量保存の法則

運動量保存の法則は,運動方程式や力学的エネルギー保存則と並ぶ最重要法則です。衝突の問題では運動量保存則が大活躍しますが,「衝突以外にも運動量が保存する場面はあるか?」という問題についても考えてみましょう。

運動量と力積

運動エネルギーと運動量はともに,「質量」と「速度」から計算できますが,運動エネルギーと運動量では,それぞれ役割がちがいます。物体はエネルギーを使って仕事をすることができますが,運動量を使ったら何ができるのでしょうか?

運動量

ボーリングを思い浮かべてください。投げた球の運動の勢いが大きいほど,大きくピンを弾きます。このとき,球の「運動の勢い」はどのように数値化したらよいでしょうか?

重心

大きさのある物体の場合,重力は物体の各部分にはたらきますが,それらの合力の作用点が重心です。では,物体の重心はどこにあるのでしょうか?例題も交えて解説したいと思います。

剛体のつりあい

剛体の運動は質点の運動に比べると複雑です。それは,物体がただ平行移動するだけの「並進運動」に加えて,「回転運動」が加わるからです。では剛体が動き出さない条件はどうなるでしょうか?

力のモーメント

質点の運動は,はたらく力の向きと大きさで運動が決まります。大きい力ほど加速度が大きくなる,という具合です。回転運動もやはり力の大きさが関係しているように思えますが,実はそんな単純ではありません。

質点と剛体

これまで物体の運動を見てきましたが,「糸につながれた小球が〜」という問題はあっても「糸につながれた半径1cmの小球が〜」という問題はありませんでした。それはなぜでしょうか?

斜方投射

落下運動のラストを締めくくるのは斜方投射!斜方投射とはその名の通り,斜め上に向かって物体を放り投げる運動のことです。まずボールを斜め上に向かって投げたときの軌道を思い浮かべてください。ボールは曲線運動をしますね?曲線運動では,成分に分けて…

水平投射

今回は真横(水平)に投げたときの運動を考えてみましょう。この運動を「水平投射」といいます。水平に投げられた物体がどんな運動をするかは,すぐ想像できますね?そう,曲線を描いて地面に落下していきます。曲線運動の場合,どのようにして運動を調べれ…

平面運動とベクトル

物理基礎で扱った運動は,等速直線運動と等加速度運動でした。それに対して,斜め方向の運動や,曲線を描く運動を扱うのが物理の力学です。平面運動の扱いを簡単にしてくれるのが「ベクトル」です!!「ベクトルなら物理基礎でもやったじゃん!」って?確か…

仕事(三角比編)

移動方向に対して,斜め方向の力が登場したら,移動方向と,垂直方向に即分解!!物理をやる上でこれはもう常識です。力を分解すると,「物体を動かしているのは,Fcosθ」ということが分かります。Fcosθは,移動方向と一致しているので,仕事Wは,力(Fcosθ…

物体にはたらく力の見つけ方

以前,運動方程式の立て方の手順を説明しましたが,書き忘れがあったりすると,正しい運動方程式は得られません。しかし,「力を過不足なく書き込む」というのは,初学者には難しいものです。今回はそんな人に向けて,物体にはたらく力を正しく書くための方…

つりあう2力と作用反作用

今回は,混乱してしまう人が多い,「つりあいの2力と作用反作用」のちがいを解説します。つりあいも作用反作用も,どちらも難しい話ではありませんが,一度わからなくなってしまうと,負のスパイラルにはまって抜け出せなくなるのも事実。そんな迷える羊た…

力の分解(三角比編)

本編で力の分解を扱ったとき,分力の大きさは直角三角形の辺の比を用いて計算していました。しかし,辺の比を覚えているのは,せいぜい30°,45°,60°くらいで,それ以外の角度については分かりません。今回はどんな角度の場合にも使える,分力の求め方をお教…

圧力・水圧・浮力

力学の本編ではいろいろな力について学びました。重力,弾性力,摩擦力,etc…力はすべて「◯力」という名称になっています。漢字だけ見ると,圧力もこの仲間に加わりそうですが,それは大間違い!圧力は力ではありません!! 圧力は圧力です。

重さと質量

以前,重力の大きさの計算を学びましたが,そこに「質量」が登場しました。 質量については中学校でも学んでいるはずですが,「重さ」と混同している人がかなり多くいます。 重さ=質量だと思っている人は案外少ないですが,「重さと質量が別の概念というこ…

相対速度

電車に乗って,動き出したと思ったら動いたのは向かいのホームの電車だった!なんて経験ありませんか?そして走り出した電車。窓の外の風景を見て,我々は「電車が走っている」と認識しますが,見たままを言えば「風景が動いている」の方が正しい気もします…

速度と加速度 〜平均と瞬間〜

小学校の算数の時間を思い出しましょう!「Aさんは12時に家を出て,家から800m離れた郵便局に向かったところ,12時10分に着きました。Aさんの歩く速さは分速何mですか。」計算は簡単ですね。Aさんの速さ = 800m ÷ 10分 = 80m/分になります。これ,ちょっと…

力学的エネルギーと非保存力

力学的エネルギーはいつも保存するわけではなく,保存力が仕事をするときだけ保存します。裏を返せば,非保存力が仕事をする場合,力学的エネルギーは保存しないということです。どうしても「保存する場合」が主役になりがちですが,「保存しない場合」につ…

力学的エネルギー保存の法則

今回はいよいよエネルギーを使って計算をします!! 大事な内容なので気合を入れて書いたら,めちゃくちゃ長くなってしまいました(^o^; 時間をたっぷりとって読んでください。 力学的エネルギーとは 【例】自由落下 保存則という切り札 使う際の注意点 例題 …

弾性力による位置エネルギー

「位置エネルギー」と聞くと,前回やった「高いところにある物体がもつエネルギー」を真っ先に思い浮かべると思います。 しかし実は位置エネルギーというのは,もっと広い意味で使われる用語で,高いところにある物体の位置エネルギーはその中のひとつに過ぎ…

重力による位置エネルギー

今回は位置エネルギーについてです。 「高いところにある物体は位置エネルギーをもつ」ということは中学校で学習していますね♪ そこで今回は計算を中心に見ていきたいと思います。 重力による位置エネルギーの式 位置エネルギーの基準 基準より下に物体があ…

運動エネルギー

いよいよエネルギーに入ります! 力学の分野では,運動エネルギーと位置エネルギーの2種類を学習しますが,それ以外にもエネルギーには,電気エネルギーや熱エネルギー,化学エネルギーなど,いろいろな種類があります。 ところで,「エネルギー」って何か…

保存力と非保存力

本格的にエネルギーの話に入る前に,いったん寄り道。 仕事について学んだところで,力の話に戻ります。 とは言ってもここで新しい力が登場するわけではなく,これまでに学んだ力を「ある性質」に注目してグループ分けてみましょう,というお話です。 物体を…

仕事の原理と仕事率

「道具を使う」というのは人間特有の行為ですが,道具を使うのはもちろん,「使ったほうが便利だから」です。 前回仕事について学びましたが,道具を使って仕事をすると具体的にどう便利になるのかを物理的に考察しましょう。 てこはどこを押す? 「仕事」で…

仕事

今回からエネルギーの分野に入ります! 今回はその前段階ということで,力のする仕事についてです。 仕事という単語は,物理をやっていると力学に限らず,いろんなところに登場します。 なので,言葉の意味をあやふやにしたまま進んでしまうと,他の分野にも…