速度の変化の原因は何ですか?

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著者: Judy Howell
作成日: 27 J 2021
更新日: 15 5月 2024
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【物理基礎】第2回「変位とは?」
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古典的な力学の基礎をなすサー・アイザック・ニュートンの3つの運動の法則の最初のものは、外力がなくても、静止状態または均一な運動状態にある物体は無期限にそのままであると述べています。言い換えれば、力とは、速度または加速度の変化を引き起こす力です。与えられた力によってオブジェクトに発生する加速度の量は、オブジェクトの質量によって決まります。

力と速度は方向性

物理学者が物体の速度について話すとき、彼らは物体の速度だけでなく、その移動方向についても話します。同様に、力には量的要素だけでなく方向性要素もあります。オブジェクトの速度に正反対の力は、オブジェクトに対して、その運動に対して直角に作用する力とは異なる効果を持ちます。数学用語では、力、速度、および加速度(力によって生じる速度の変化率)は「ベクトル」量であり、方向成分を意味する用語です。

飛行機に作用する力

力がオブジェクトの速度を変化させる方法を理解する最も簡単な方法は、その力が速度と同じ方向に作用することを想像することです。たとえば、飛行機のジェットエンジンは、飛行機の動きの方向に作用する力を提供し、積極的な加速を与えて、より速く移動させます。一方、空気摩擦は飛行機の動きに直接抵抗し、減速します。エンジンが停止すると、飛行機は空から落ちます。しかし、エンジンの力と空気力学的に設計された翼の空気圧の上昇推力が摩擦力と重力を含むその他の減速力のバランスをとると、飛行機は目的地に向かって一定速度で飛行します。

重力の力

太陽が地球に及ぼす重力の引力は、重要な方向成分を持つ力の例です。重力は地球の動きに対して直角に作用するため、惑星の移動速度は変わりませんが、方向は常に変わります。その結果、地球はほぼ円形の軌道を動きます。地球の速度は比較的一定であるかもしれませんが、その速度は常に太陽に向かって引き寄せられている重力の結果として常に変化しています。同じ重力が衛星を地球の周りの軌道に保持します。

自由体図

物体にかかる力(F)とその加速度(a)の数学的な関係は、F = m•aです。ここで、「m」は物体の質量です。メートル法の力の単位はニュートンであり、これは関係を定式化したイギリスの物理学者アイザック・ニュートンにちなんで命名されています。現実の世界では、通常、身体に作用する複数の力があり、それぞれに方向成分があります。これらの力は、本質的に機械的、重力、電気的、または磁気的である場合があります。オブジェクトの動きを予測するには、自由体図を描くと便利なことがよくあります。これは、それぞれの大きさと方向を表すこれらの力のグラフィカルな表現です。