運動方程式@(ニュートンの運動の法則)

1.導入

中間考査後なので,テスト返却を行いました。

ここまでの流れを復習しておきましょう。はじめに力を学習しました。 静止している物体は力がつりあっています。次に等加速度運動を学習しました。 加速度がわかれば何秒後にどこにいるか予測できるようになりました。 しかし重力加速度のときはいいですが, 通常,加速度はどのように求めればいいでしょうか?
→運動方程式から求める!
つまり運動方程式から加速度を求めて,(一定の加速度なら)等加速度運動の式に代入すれば 位置と速度を予測できる(物理の1つの目標)を達成できます。

これから学習する概念は難しいので1つ1つクリアーしていきましょう。
まず問題です。

問題@
つるつるの水平な床でボーリングのボールを転がしたらどうなるでしょう?(空気抵抗もないとします)
ア.いつか止まる  イ.いつまでも転がり続ける

答え:イ.いつまでも転がり続ける
これは理解できるでしょうか?力が働いていないと止まるのではなく, 日常ではかかる摩擦力や空気抵抗力という力が物体を止めるのです。 そうした力がないならば,いつまでも転がり続けます。 こうした物体の性質を「慣性」といいます。

問題A
物体に一定の力を加えるとどのようになるでしょうか?
ア.一定の速さになる  イ.どんどん速くなる

答え:イ.どんどん速くなる
ここら辺が難しいところです。問題@では力が働いていないならば一定の速さで動くわけです。 力がつりあっていても一定の速さで動くわけです。そうであるならば, 力が働いているならば物体は加速していきます。

では動いている物体に摩擦が働いていたならばどうなるでしょうか?
それは減速していきますよね。減速するとは「マイナスの加速度をもつ」ことになるので, 加速度をもっていることになります。

2.ニュートンの運動の3法則

1676年にニュートンは次の3つの法則をまとめました。

これは高校物理で一番重要な法則だと思います。1回は書いておいて損はないです。

運動の法則のポイント:
・物体が静止しているor物体が等速直線運動している → 物体に働く力はつりあっている →  物体に働く合力=0
・物体が加速度運動している → 物体に働く力はつりあっていない →   合力は0じゃない!(質量×加速度=合力)

2.運動方程式の簡単な例

では,なめらかな床に質量10[kg]の物体が置いてあります。 これを左に50[N]の力を加えると,加速度はいくらですか?

では,左にも30[N]の力を加えるとどうでしょう?

というように,加速度を求めることができます。 ポイントは「運動方程式のFとは,合力のこと!」です。

3.まとめ

今日は運動の法則を学習しました。 次回は少し問題を行ってから実験をやって理解を深めましょう。

授業を終えて。。。
とりあえず急ぎ足で説明まで終えた。 しかし,ここがいけないのか次回の実験がしっくりいかない。

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