第2章力と物体の運動�I（慣性の法則）

１．導入

ここ数回は運動方程式について学習しています。 運動方程式とは何だっけ？A君。 「質量×加速度＝力」
そうですね，ありがとう。ただね，この力とは「合力」であるということは忘れないでね。

２．練習問題

では，一問練習問題を解いておきましょう。

解答です。

このように，はじめの物体の速度（初速度）がわかっていて， その物体に働く力がわかれば，そのあとその物体がどういう運動をするかを 予想することができるわけです。これが物理の目的の一つです。

合力の解説をしている途中で，質問が入りました。
O君：「先生，なんで合力に6.0[m/s]が入らないんですか？」
なるほど，右向きの速度があるから，右向きにも力がかかっているだろうということ？」
O君：「そうです。押さないと動かないじゃないですか。」
まず，状況から確認しよう。 ここにチョーク箱があります。これを右に滑らせます。 確かに始め私がチョーク箱を押していました。 ただ，設定は手を放して，例えば，ここを通過するときに速さが6.0[m/s] という状況です。だから，手を放しているよね。そしたら，右向きの力はある？
O君：「ないです。」
そして摩擦力があるから，合力は左向きになるのです。 右に動いているからといって，右向きに力が働いているわけではありません。

S君：「でも，なんか理解できないな」
OK。あとで話をしようと思っていたんだけど， 確かにそれがわからないと理解できないもんな。
では，力がつりあっていたら，どう動くと思う？
S君：「同じ速度？」
その通りだね。では右向きに力が働いていたら？
S君：「だんだん加速していく」
じゃあ，左向きに力が働いていたら？
S君：「減速していく」
そういうことだよ。
S君：「なるほど−。でも，はじめに押されていたんだから， 何か右向きのが残っているでしょ？」
うーん，難しいね。確かに高校で習うエネルギーとか，運動量という量は持っているけど， 力というのは持っている量ではないんだよね。 その瞬間瞬間の値なんだよ。
S君：「じゃあ，なんで動き続けるの？」
それはね，物体がそういう性質をもっているとしか言いようがない。 それを何て言ったか覚えてる？中一で習ったはずだけど。
S君：「･･･習った？」
覚えている人ー？（6人くらいが手を挙げる）
I君：「慣性？」
その通り！物体は静止しているものは静止し続け，動いている物は 同じ速度をキープしようとする性質がある。この性質を「慣性」といい， この法則を「慣性の法則」と言います。 これは観測した結果なので，何故とはいいにくい。 でも，この性質を認めて，力とは速度を変化させるものと考えると 辻褄があう。 例えば，右向きに同じ速さで動いているとき，右向きに力があると仮定します。 じゃあ，右向きに加速するのは，どうやって力が働いているとき？
S君：「･･･」
答えられなくなるよね。だから，力が働いていないくても等速直線運動はすると 認めてあげると，うまくいくんだよね。
と言ったら納得したようで， そのあとに加速度や距離を求めていきました。

３．合力が０のときの物体の運動

では，さっき，O君やS君と話していたことをまとめるよ。
摩擦のない滑らかな水平面上で， 物体が右向きに初速度5.0[m/s]で動いています。 このとき物体に働く力を書いてください。

右向きに動いているからといって，右向きに力が働いているわけではないことは 前回の問題からわかりますよね。ここでは，重力と垂直抗力しか働いていません。

このように合力が０の状態では，v-tグラフはどのようになりますか？ 描いてみてください。

このように一定の速さで等速直線運動します。
いいですか，ツルッツルの床で空気抵抗がなければ，ずーっとずーっとまっすぐに動き続けるのです。

４．慣性の法則

これを「慣性の法則」といいます。
そして，物体がその状態を保とうとする働きを「慣性」といいます。

大切なことは，いままで，
「物体が静止している」→「力がつりあっている」（○）
といっていました。これはOKなんですが，
「力がつりあっている」→「物体は静止している」（×）
なんです。正解は，
「力がつりあっている」→「物体が静止している　or　物体が等速直線運動している」（○）
ということ。なんか感覚と合わないかもしれないけど，
「物体が等速直線運動している」→「力がつりあっている」（○）
ということが頭に浮かぶようになってほしいです。

５．まとめ

ニュートンは1687年にプリンキピアという論文を発表しました。 その第一法則がこの「慣性の法則」です。 第二法則が「運動の法則」，第三法則が「作用反作用の法則」。 この学期はこれらのことを理解するのが目的です。 日常の現象を観察していると， 動き続ける物体なんてなく，必ず止まる。 でもそれは物体の性質ではなく，摩擦力のせいなんです。 物体としては動き続けようとする性質を持っているのです。 なかなか理解しづらいところですので，よく考えてみてください。

授業を終えて。。。
本当に納得したのどうかはかわからない。 また，繰り返し出てくる中で，積み上げていけばいいのかもしれない。 でも，質問してくれて楽しかった！

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