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子供のための物理学
加速度
速度や速度の話では、速度が一定であることを前提にしていましたが、現実の世界ではそうでないことが多く、動いている物体の速度は変化していることが多いのです。加速度とは何ですか?
加速度とは、物体の速度の変化を測定することです。 車のアクセルを踏むと、車はどんどん前に進みます。 この速度の変化が加速度です。
加速度の計算式は
加速度=(速度の変化)/(時間の変化)
または
a = Δv ÷ Δt
加速度の測定方法
加速度の標準単位はメートル毎秒2乗(m/s2)であり、速度はメートル毎秒、時間は秒単位であることから、上記の式で計算できる。
加速度はベクトルである
物理学では、加速度は大きさ(前述したm/s2の数値)だけでなく、方向も持っています。 このため、加速度はベクトルになります。
力と加速度
ニュートンの第二法則では、物体にかかる力は質量に加速度をかけたものに等しいとされています。 これは次の式で書かれます。
力=質量×加速度
または
F = ma
この式を使って、物体の質量と力がわかれば、加速度も計算できる。 この式は
加速度=力/質量
または
a = F/m
定加速度
物体の速度が時間とともに一定量変化することを定加速度といいます。 正の加速度が一定の物体は、どんどん速くなります。 その速度は常に増加していることになります。
インターバル |
第1秒
セカンドセカンド
3位 セコンド
5 m/s2
5 m/s2
5 m/s2
10m/s
15m/s
20 m/s 5 m/s2 の定加速度の例。
自由落下:加速度の一種
一定加速度の例として、自由落下中の物体があります。 自由落下中は、重力が物体に一定の力を加えているため、速度が常に増加します。 物体の落下距離を測定すると、速度が常に増加しているため、1秒ごとにさらに落下することになります。
注:現実世界では、物体に空気摩擦の力が加わる。 ある時点で物体は「終端速度」に達する。 これは、もはや加速せず、落下速度が変わらないことを意味する。スカイダイバーがうつ伏せで落下するときの終端速度は、時速約122マイルである。
平均加速度
平均加速度は、速度の変化の総和を時間の総和で割ったもので、a = Δv ÷ Δtの式で求めることができる。
例えば、ある物体の速度が5秒間に20m/sから50m/sに変化した場合、平均加速度は次のようになります。
a = (50 m/s - 20 m/s) ÷ 5s
a = 30m/s ÷ 5s
a = 6 m/s2
減速度または負加速度
物体の速度が減少する(遅くなる)ことを減速といいます。 また、負の加速度で表すこともあります。 これは、加速度の方向またはベクトルが物体の動きと反対側に向いていることを意味します。
例えば、ある物体の速度が40m/sから10m/sに2秒間で変化した場合、平均加速度は次のようになります。
a = (10 m/s - 40 m/s) ÷ 2s
a = -30ms ÷ 2s
関連項目: 古代メソポタミア:キュロス大王の伝記a = -15 m/s2
これは、15m/s2の減速とも言える。
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