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【イメージ重視の物理基礎】等加速度運動の公式でなにが求められる?

この記事では

  • まずはザックリ理解したい
  • イメージを優先したい
  • 苦手を克服したい

というひと向けに解説をしていきます。

 

【今回わかること】

  • 等加速度運動とはなにか
  • 覚えておくべき公式3つ
  • 公式でなにができるようになるのか

 

等加速度運動とは?

等加速度運動とは、漢字の通り「等」しい「加速度」で「運動」する運動です。

理科が嫌いな方からすれば、専門用語っぽくて分かりにくいと感じるでしょう。

しかし、物理で登場する用語は意外と漢字のまんまであることが多いのでやさしいです。

まこと
まずは漢字ごとに分解してイメージできるようにしておきましょう。

 

では、実際に等しい加速度で運動するというのはどういうことなのか。

前回の「加速度ってなに?」でも登場した徒競走を例にイメージしてみましょう。

 

時刻ごとの速度を設定しておきます。
(ここでの時刻は、ストップウォッチに表示されている時間をイメージしてください)

  • 0秒のとき 0 m/s
  • 1秒のとき 2 m/s
  • 2秒のとき 4 m/s
  • 3秒のとき 6 m/s

このとき、1秒ごとに速度は常に 2 ずつ増加しているので、加速度は 2 であるという話でした。

ここで大切なのは「常に」という部分です。

このランナーは、ずっと「 2 」という等しい加速度で走っていることになります。

これが等加速度運動です。

まこと
名前のわりに結構シンプル!

 

念のため、等加速度ではない運動もイメージしておきましょう。

 

時刻ごとの速度を設定しておきます。
(ここでの時刻は、ストップウォッチに表示されている時間をイメージしてください)

  • 0秒のとき 0 m/s
  • 1秒のとき 1 m/s
  • 2秒のとき 3 m/s
  • 3秒のとき 6 m/s
先ほどの例との違いはわかりましたか?
そうです、1 秒ごとの速度の増え方(加速度)が違います!
  • 0秒~ 1秒のあいだは加速度 1
  • 1秒~ 2秒のあいだは加速度 2
  • 2秒~ 3秒のあいだは加速度 3

時間ごとに加速度が変化しているので、これは等加速度運動とは言えません。

 

なので、スピードアップしているものはすべて等加速度運動と勘違いしないように気をつけましょう。

等加速度運動は、漢字をブロックごとにわけて覚えておくとイメージも湧きやすいので、覚え方の工夫をすれば簡単です。

 

覚える公式3つ

先に公式を3つ見ておきましょう。

見慣れない文字は出てくるかもしれませんが、のちほど説明するので安心してください。

  • x → 位置
  • x0 → 最初の位置
  • v → 速度
  • v0 → 初速度
  • a → 加速度
  • t → 時刻

位置速度加速度時刻はこれまでに出てきているので、「この文字で表現するのか!」程度に覚えてください。

ここで初登場なのが「x0 → 最初の位置」「v0 → 初速度」です。

これも簡単な覚え方があります。

0 が付いたら「最初の〇〇」という意味です。

xが位置という意味なので、それに 0 が付けば「最初の位置」

vが速度という意味なので、それに 0 が付けば「最初の速度(初速度と呼ぶ)」

まこと
まず最初のうちは「文字の意味」「3つの式」を暗記してしまいましょう!

 

公式の使い道は?

では一体この 3 つの公式でなにが出来るようになるのか。

この公式を使うと未来を予測することができるようになります

どういうことかと言うと、「最初の情報(最初の位置、初速度、加速度)」と「好きな時刻」を式に代入すると、そのときの位置や速度を計算で求めることが出来るようになります。

 

では、また徒競走を例にイメージしてみましょう。

 

徒競走の場合は、最初「スタート地点にいる」「静止している」「これから加速する」という情報がゲットできます。
加速度は 2
としましょう。
つまり、
x0 → 0
v0 → 0
a   → 2

 

これを式に代入するとこのようになります。

あとは好きな時刻 t を決めて式に代入することで、そのときの位置xや速度vを求められるようになります。

これが未来を予測できるようになるということです。

実際の問題では「最初の情報を求めよ」という質問もされることがあります。

そのときも、分かっている情報を代入してしまえば計算で求められるようになります。

まこと
まずは文字の意味と3つの式を暗記してしまうことがおすすめです!

 

まとめ

  • 等加速度運動は『等しい加速度で運動する』ということ
  • 覚える公式は 3 つ
  • 公式を使って未来の予測ができる

 

実際の問題や使っているところを見てみたいという方は、こちらの動画を見てみてください。

 

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