高校生が物理学を習うときに、まず最初に学ぶのが力学です。
力学とは簡単に言うと物体がいつどこにいるのかを表現する物理学です。
高校生で学ぶ最初の物理学は古典力学とも言われ、基本的な考え方は有名なニュートンにより構築されました。
現在でもこのニュートン力学はマクロではよく成り立ちます。
まず、最初に古典力学における物体の挙動は運動方程式という一つの式で記述することができます。
運動方程式は物体の質量「ｍ(kg)×加速度a(m/s^2)=力F[N] 」で記述されます。
物体の速度や位置に関する情報というのはこの運動方程式からすべて導出することができるのです。
なぜなら、単位時間当たりに移動した距離が速度であり、単位時間あたりに増えた速度が加速度だからです。
つまり、これら３つの物理で使う数字というのはお互いに関係しており、それぞれを導き出すことができるのです。
さて、物理学でまず最初に習うのが等速直線運動です。
名前にすると一見難しそうに感じますが、実は小学生の頃にも習っています。
これは物体が一定速度のまま運動している状態です。
例えば、時速40kmの車がまっすぐ１時間走ったら何キロ進みますか？といった問題や、１００km先の目的地までまっすぐ時速20kmで走ると何時間かかりますか？といった問題です。
なぜこのような問題を考えるのかというと、考え方がシンプルで力学の概念を学ぶには非常にわかりやすいからです。
例えば、距離をかかった時間で割れば速度を導くことができますし、距離を速度で割れば時間を導け、速度と時間をかければ距離が出てきます。
一方で、実際の物体の運動はそこに様々な要因が入ってきますので、なかなか等速直線運動を実現するのは難しいです。
というのも、物体が直線運動する過程において一定速度を保ったまま進むことは現実的には難しいからです。
例えば、全く摩擦のない地面の上を進むのであれば、物体は最初に与えられた速度を保ったまま進むことができ等速直線運動になります。
ただ、実際は地面の摩擦がありますので、等速直線運動を実現するためには速度を一定に保つために一定の力で押し続ける必要があり、これを実現するためには地面の摩擦も場所によらず一定である必要があります。
物理学の初歩、等速直線運動
