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【イメージ重視の物理基礎】速度の合成とは?

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】

  • 速度の合成とはなにか
  • 合成するときの注意点

 

速度の合成って何?

例えば、エスカレーターを想像するとイメージがわきやすいです。

エスカレーターに乗って普通に立っていれば、エスカレーターのスピードで自分の身体も進みますよね。

では、エスカレーターに乗っているときにあなたも動いたらどうなるでしょうか。

ここでは上りのエスカレーターを想像してみましょう。

あなた自身もエスカレーターを駆け上がるとします。

その場合、立っていただけのときよりも速く上にあがることができますよね?

逆に、あなた自身はエスカレーターを駆け降りていくとします。

その場合、立っていただけのときよりもゆっくり上がっていく、もしくはダッシュすれば下に降りていくことすらできますよね?

速度の合成とはこのイメージと同じです。

今回のイメージでは、「エスカレーターの速度」と「あなたの動く速度」を足したということになります。

(そもそも速度ってなんだっけ?という場合はこちらで復習しましょう!)

 

他にも、実際の問題で「川の流れ」と「船」の関係がよく出題されます。

川の流れと同じ向きに船を進めれば、船はスピードアップします。

逆に、川の流れに逆らって船を進めれば、船はスピードダウンします。

ここで足したものは、もちろん「川の流れの速度」と「船の進む速度」です。
合成と言われると、なにか難しいことをしているように感じてしまうかもしれません。
しかし、実際の中身はいたってシンプルです。
まこと
「合成」=「足し算」と言い換えられるようにしておきましょう!

 

 

速度の合成で気を付けることは?

先ほどの「エスカレーター」「川と船」には、実は共通点がありました。

それは、一直線上の動きということです。

しかし、ものの動きは一直線上だけとは限りません。

例えば、先ほどの「川と船」を使って次のような状況を考えてみましょう。

いま川が流れています。一方の岸から反対側の岸に船が進んだとき、船は実際どのように動きますか?
イメージしてみましょう。
船ではイメージが湧かないという方は、流れるプールで反対側のプールサイドに向かって泳いで渡るところをイメージしても構いません。
イメージ出来ましたか?
船(流れるプールならあなた自身)は斜めに進んでしまいます。
湖や流れのないプールであれば真っすぐ反対側に進めますが、川だと流れの影響を受けてしまいます。
つまり、今回のイメージのように「川の流れの方向」と「船の進む方向」が一直線上ではない場合も、それぞれの速度を合成した(足した)速度で実際は進むことになります。
では実際にはどうやって足せばいいのか。
それには数学のベクトルという知識が必要になります。
まだベクトルを教わっていない、数学が少し苦手という方は、最低限つぎのことを抑えておきましょう。
まこと
一直線上での足し算ができるようになったら、それ以外の足し算にもチャレンジしてみましょう!

 

やり方を見てみたいという方は、こちらの問題演習でチェックしてみてください。

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