中3物理【いろいろな運動】

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1.速さが変化する運動

今、あなたは自転車でゆっくり進んでいます。

もっと速く走りたいなあと思ったらどうしますか?
ペダルに力を思いっきり加えますよね。

スピード出し過ぎたと思ったらどうしますか?
ブレーキをかけてタイヤの動きを止めるように力を加えますよね。

このように
物体の速さが変化しているときは、その物体に必ず力がはたらいている
のです。

言い換えると
力がはたらくと物体の速さは変化する
ということ。

ここで次のような例を見てみましょう。
今、手でにぎっているボールがあって、自然に手をはなします。
そうすると物体は落下します。
それは重力という力がはたらくからですよね。

重力の大きさは落下中、変化しませんよね?(↓の図)

つまり一定の大きさの力がはたらき続けている状態なわけです。

このときボールの速さは一定の割合で増していきます
このような運動を自由落下と言います。

■自由落下
物体をある高さから、静かに手を離して落下させること。(初速を与えない)
自由落下では、物体の速さは時間に比例して速くなる。

ここで重要なのは
一定の大きさの力がはたらき続けている物体
一定の割合で速さが変化する
ということ。

言い換えると
一定の割合で速さが増加
運動の向きと同じ方向に一定の大きさの力がはたらいている

一定の割合で速さが減少
運動の向きと反対方向に一定の大きさの力

ということです。
難しいですがここは必ず押さえておきましょう。

「速さが一定の割合で増す運動」は
・自由落下
・斜面上にある物体がすべりおりる

というのが最も多い出題パターン。
このような運動の記録テープは一定の割合で長くなります。

この運動について時間を横軸にとった場合の「時間と速さ」のグラフは↓の図のようになります。

「時間と移動距離」のグラフは↓の図のようになります。

2つともグラフを押さえておきましょう。

※ちなみにここで紹介した運動は「等加速度直線運動」と言います。
詳しくはこちら→【*斜面上の物体の運動】←を参考に。

2.等速直線運動

■等速直線運動
物体が一定の速さでまっすぐ進む運動。
「速さが変化しない運動」ということ。

「速さが変化しない」⇒「物体には力がはたらいていない」ということ。
あるいは力がはたらいていたとしても、その力が別の力で打ち消されている状況。
(=つまり力がつりあっている。)

例えばスケートリンクでスケートしていることを想像してみてください。
いったん動き出せば、誰からも押されたり引っ張られたりされなくても動き続けますよね?
「力が加わっていない「速さが変化しない

等速直線運動を記録したテープは↓のようにずーっと同じ長さになります。

また時間を横軸にとった場合の「時間と速さ」のグラフは↓のようになります。

「時間と移動距離」のグラフは以下のようになります。

2つともグラフを押さえておきましょう。

3.慣性の法則

■慣性
直前の運動の状態を保とうとするという性質

バスや電車に乗っていて急ブレーキを踏まれると、バランスを崩しちゃいますよね。
これは物体やヒトには「慣性」という性質が存在するからなんです。

慣性とは直前の運動の状態を保とうとするという性質です。
そして「物体の運動はこの慣性という性質の影響を受ける」という法則が慣性の法則です。

例その1

たとえばバスに乗っていて急ブレーキを踏まれちゃったという場合を考えてみましょう。
バスが時速60kmで走っているとします。
ということは乗客も同時に時速60kmで動いています。

そこで急ブレーキを踏むとバスの速さはゆっくりに。

しかし乗客にも「慣性=運動の状態を保とうとする性質」があります。
乗客は時速60kmで運動を続けようとしてバスの進行方向と同じ向きに倒れそうになります。

例その2

いま止まっているバスがあったとしましょう。
乗客はバスと同じく「静止」という運動をしています。

そこでバスが急発進するとどうなるでしょう。

乗客は「慣性=運動の状態を保とうとする性質」により、その場で静止し続けようとします。

つまり進行方向と反対の向きに倒れそうになるわけです。
これらが慣性の法則の例です。

また等速直線運動をしている物体は(外部から力を受けない限り)等速直線運動を続けます
これも慣性の法則の例です。

■このページのポイント

・物体に一定の大きさの力がはたらき続けると、物体の速さは一定の割合で変化する。
・物体に力がはたらいていない、またはつりあっているとき、物体の速さは変化しない。
・慣性とは、直前の運動の状態を保とうとするという性質のこと。

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