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本記事で、以下をわかりやすく解説します。
【物理】慣性運動と力の基礎
⇩本記事を以下の方におススメです⇩
物理の基礎の
力と慣性が
わからない
⇩本記事を読むと以下が わかります⇩
物理の基礎である
- 慣性運動
- 力
をわかりやすく
解説します。
結論
慣性とはー
一度動き出した物体はその速度を維持すして動き続ける
というものです。
力とはー
ある物体を加速させる物理現象を言います。
つまり―
静止している物体に力を加えると動きだし、
一度動き出した物体は、その速度を維持する
となります。
逆に言うとー
- 力が必要なのは、
物体が動き出す(＝加速する)時です。 - 直進での速度維持(＝等速直線運動)には
慣性により力が必要ない
ということを意味します。
慣性運動について
一度動き出した物体は、慣性により
その速度を維持する
つまり、等速直線運動には慣性により力が
必要ない
ウソつくな！！
自転車は漕いでないと
減速して止まるだろ！
そうです。
その理由は、地球には重力があり、
強制的に地表に押し付けられているので、
地表との摩擦があるからです。
自転車の例で言うと、タイヤと路面との摩擦ですね
また、重力により大気も引き寄せられているので
空気抵抗もあります。
慣性の法則は成り立っているのですが、
地球上では、摩擦と空気抵抗が慣性運動の邪魔をして
最後には停止させてしまいます。
なので慣性の法則自体は
見かけ上、成り立っていないように見えます。
この慣性の法則が
見かけ上も完璧に成り立つ場所があります。
それは宇宙空間です。
宇宙空間では、摩擦もありませんし空気抵抗もありません
力を加えられて加速された物体は、
力の大きさと力を加えられた時間（加速時間）に
応じた速度で慣性運動である等速直線運動を維持します。
物体を加速させる力＝加速力
物体が動き出す時（加速する時)に力が必要だと言いました。
以降、加速力と表現します。
加速する時というのは、動き出す時ばかりではありませんよね？
加速とは現在の速度から速度を
変化させることを言います。
例えば
車で時速30kmで走っていて時速60kmにする時にも
加速しますよね？
物体を動き出させる時は時速0kmから加速させる
と言い換えることもできます。
つまり 加速とは現在
- 停止しているか
- 等速直線運動しているか
に関わらず速度を大きくすることであり、
その際に加速力が必要になってきます。
加速力の求め方
加速力
加速力の求め方は以下となります。
加速力Ｆ‹N›＝質量Ｍ‹kg›×加速度ａ‹m/sec²›
力の単位Ｎはニュートンと呼びます。
摩擦と空気抵抗のない宇宙空間を例に挙げると
以下となります。
加速度
では加速度はどうやって求めるのでしょうか？
例えば、
加速時間２‹sec›で初速０‹m/sec›から目標速度5‹m/sec›
まで加速したい場合ですが以下となります。
加速度ａ‹m/sec²›
＝｛目標速度5‹m/sec›－初速度０‹m/sec›｝÷加速時間2‹sec›
＝2.5‹m/sec²›
つまり・・・
宇宙空間において、質量5‹kg›で停止している物体を
加速時間２‹sec›で目標速度5‹m/sec›で動かしたい場合に
必要な力は以下となります。
必要加速力Ｆ‹N›
＝質量5‹kg›ｘ加速度2.5‹m/sec²›
＝12.5‹N›
となります。
まとめ
- 力とは物体を加速させるエネルギー
- 慣性運動とは、現状の状態を維持し続ける
- 物体を加速させる時に力は必要
- 等速直線運動であれば力は必要ない
- ただし、地球上の場合は摩擦と空気抵抗で減速してしまう。
- 加速力は質量×加速度で求められる
⇩慣性運動と力の基礎 まとめ記事です。⇩
