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。

空気抵抗

これまでの力学では,摩擦は考えても,空気抵抗は一切考えませんでした。まったくやらないのもアレなので,ここいらで簡単に触れておきましょう。

万有引力を受ける物体の運動

ついに力学も最終講。万有引力を受けて運動する物体についての簡単な例題を解いてみたいと思います。テーマは「宇宙速度」!

万有引力による位置エネルギー

万有引力は保存力の一種であり,保存力には必ず位置エネルギーが付随します。「万有引力による位置エネルギー」とはどのようなエネルギーなのでしょうか?

万有引力

ニュートンはりんごと同じように月も落ちているのではないか?と考えました。りんごは地球に引かれる。月も地球に引かれる。もしかしてりんごや月に限らず,すべてのものは地球に引っ張られている?

ケプラーの法則

高校力学最後の話題は天体の運動。これまでに習った知識が,天体の運動にも適用できることを体感してほしい!

単振り子

等速円運動の接線方向の加速度は0です。しかし,等速でない円運動ならば接線方向にも加速度をもちます。今回は振り子を例に用いて,接線方向の運動方程式を考えてみましょう!

水平ばね振り子

単振動の基本的な知識が身についたところで,いよいよ具体的な運動を取り扱ってみましょう。例題を解きながら解説していきたいと思います!

単振動の運動方程式

運動方程式は「力を用いて加速度を求める」ものですが,単振動では先に加速度が求められました。本来の順序とは逆ですが,加速度を用いて単振動する物体にはたらく力を求めてみましょう!

単振動の変位・速度・加速度

物体の運動を語る上で外せないのが変位と速度,それから加速度です。単振動でもこれらが重要であることは言うまでもありません。円運動をヒントにして,これらの量を求めてみましょう!

単振動と円運動

今回から高校力学最大の難関(?),単振動に突入します!また新しい運動ですが,内容は円運動からの続きとなります。

遠心力

前回は,加速度運動する系の中にいる観測者にしかわからない見かけの力 ー 慣性力 ー の存在を学びましたが,今回は “もう1つの慣性力” を紹介したいと思います。

慣性力

慣性の法則の例としてよく挙げられるものに,「バスが急停止すると,中にいる乗客は前方にバランスを崩す」という現象があります。今回はこの現象を “2つの視点” から解明していきましょう!

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…