力と動きはどのように関係していますか?

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著者: Monica Porter
作成日: 18 行進 2021
更新日: 17 5月 2024
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アイザック・ニュートンは彼の3つの有名な法則で力と運動の間のリンクを最もよく説明しました、そして、それらについて学ぶことは物理学を学ぶことの重要な部分です。彼らは力が質量に適用されたときに何が起こるかを教え、また力の重要な概念を定義します。力と動きの関係を理解し​​たい場合、ニュートンの法則の最初の2つは考慮すべき最も重要なものであり、簡単に理解できます。彼らは、動くことから動かないこと、またはその逆への変化には不均衡な力が必要であり、動きの量は力の大きさに比例し、物体の質量に反比例することを説明しています。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

力がない場合、または力のみが完全に均衡している場合、オブジェクトは静止したままか、まったく同じ速度で動き続けます。不均衡な力のみが、オブジェクトの速度の変化を引き起こします。これには、速度をゼロ(つまり静止)からゼロ以上(移動)に変更することも含まれます。

ニュートンの第一法則:不均衡な力と運動

ニュートンの最初の法則は、「不均衡な」力が作用しない限り、物体は静止したままであるか(動きではなく)、まったく同じ速度でまったく同じ方向に動きます。簡単に言えば、何かが他の何かをプッシュした場合にのみ何かが動き、何かがそれをプッシュした場合に物事が止まる、方向を変える、またはより速く動き始めると言う。

「不均衡な力」の意味を理解すると、この法則が明確になります。 2つの力がオブジェクトに作用する場合、1つがオブジェクトを左に押し、もう1つがオブジェクトを右に押すと、一方の力が他方よりも大きい場合にのみ移動します。それらがまったく同じ強さを持っている場合、オブジェクトはそのままの位置に留まります。

これを想像する1つの方法は、その両側に重みがあるスケールのセットについて考えることです。重りは重力によって引き下げられており、重力が重さをどれだけ引き付けるかに影響を与える唯一のことは、どれだけの質量があるかです。両側に同じ量の質量がある場合、スケールは静止したままです。スケールが移動するのは、質量に関して文字通り不均衡にした場合のみです。質量の違いは、スケールの両側に作用する力のバランスが取れていないため、スケールが移動することを意味します。

日常生活ではこれに遭遇しないため、同じ速度で一定の動きを想像するのは難しくなります。完全に滑らかな(摩擦のない)表面におもちゃの車があり、部屋に空気がなかった場合にどうなるかを考えてください。上記のように、押されない限り、車は静止したままになります。しかし、プッシュ後はどうなりますか?速度を落とすための表面との摩擦はなく、速度を落とすための空気もありません。表面は重力のバランスをとります(ニュートンの第3法則に関連する「通常の反応」と呼ばれるものによって)、左または右から作用する力はありません。この状況では、車は表面に沿って同じ速度で走行し続けます。表面が無限に長い場合、車はその速度で永遠に動き続けます。

ニュートンの第二法則:力とは?

ニュートンの第二法則は、力の概念を定義しています。オブジェクトに適用される力は、その質量に力が引き起こす加速度を乗じたものに等しいと述べています。シンボルでは、これは次のとおりです。

F = ma

力の単位はニュートンです–それを定義した人を認める–これは、1秒あたりのキログラムメートル(kg m / s2)。 1 kgの質量があり、毎秒1 m / sずつ加速したい場合は、1 Nの力を加える必要があります。

ニュートンの法則を次のように書くと、力と動きの関係を明確にするのに役立ちます。

a = F÷m

左側の加速は、何かがどれだけ動いているかを示しています。右側は、オブジェクトの質量が同じ場合、より大きな力がより多くの動きにつながることを示しています。特定の力が適用される場合、この方程式は、加速の量が移動しようとしている質量に依存することも示します。大きくて重いオブジェクトは、同じサイズのプッシュを受けた小さくて軽いオブジェクトよりも動きが少なくなります。サッカーボールを蹴る場合、同じ強さでボウリングボールを蹴る場合よりもはるかに動きます。