高校物理基礎

等速直線運動と速さ

この記事で学べる内容

速さとは何か

「m/s」と「km/h」の単位変換

等速直線運動とは何か

力学を大雑把に言うと「物体がいつ(時間t)どこで(変位x)どういう動き(速さv)をしているのかを理解しようとする分野」です。

物体の速さは一定でないことが普通なのですが,まずは物体の運動の中でも最も簡単な等速直線運動について考えていきます。

速さとは何か

速さ v[m/s]

単位時間あたりに進む距離」のこと。
つまり,「1秒で何m進むか」を表すもの。
物理では「v」という記号を使い,単位は[m/s]

速さとは「単位時間あたりに進む距離」のことを言い,物理ではvという記号で表します。
(速さは英語でspeedなのですが,速度は英語でvelocityと言います)

単位時間と言われても分かりにくいですよね。
要は「1秒で何m進むか」という意味です。

5m/sと書かれていたら,1秒で5m進む。
10m/sと書かれていたら,1秒で10m進む
ですね。

「m/s」は「メートル毎秒」「メートル パー セコンド」と読みます。
秒を英語にするとsecondなので,sという単位を使うわけですね。

速さの単位としてkm/h (キロメートル毎時,キロメートル パー アワー)というものもあります。
こちらは「1時間(hour)で何km進むか」を表しています。

速さとは

「m/s」と「km/h」の単位変換

「m/s」も「km/h」もどちらも速さの単位ですので,単位を変換することができます。
例題を解きながら解説をしていきます。

例題

例題1

10m/sは何km/hか。

解答

10m/sとは「1秒で10m進む」という意味であり,「1秒で10m進む」のならば「1時間で何km進むか」ということを聞かれている問題です。

1時間は3600秒 (60秒が60分あるので60×60=3600秒) なので,

$$10 × 3600 = 36000$$

となります。
これは,1時間で36000m進むという意味であり,36000m = 36kmであるので,1時間で36km進むということになり,

$$10 m/s = 36 km/h$$
∴36km/h

となります。

このように,1時間が3600秒,1000mで1kmであることを考えて問題を解くのですが,実は3.6倍をすることで簡単に解くことができてしまいます。

「m/s」から「km/h」・・・3.6倍する

「km/h」から「m/s」・・・3.6で割る

例題2

5m/sは何km/hか。

解答

3.6倍することで答えを出すことができます。
$$5 × 3.6 = 18 km/h$$
∴18km/h

これだけです。

例題3

72km/hは何m/sか。

解答

「m/s」→「km/h」ではなく,逆に「km/h」→「m/s」の問題が出た場合は3.6で割りましょう。

$$72 ÷ 3.6 = 20m/s$$
∴20m/s

これで簡単に問題を解くことができます。

等速直線運動とは

等速直線運動とは

一定の速さで一直線上を進む運動のこと。
つまり,同じ速さで真っ直ぐ進んでいる運動のこと。

$$x = vt$$

(x:距離,変位[m] v:速さ,速度[m/s] t:時間[s])

一定の速さで直線上を進む運動のことを「等速直線運動」と言います。
等速直線運動は速さが一定なので「きはじ」を使うことができます。
(「はじき」「木の下のハゲじじい」とか教え方は様々ですね。)

今後,等速直線運動でない運動が出たときは「きはじ」を使うことができません。

きはじとは

物理基礎では移動距離をx [m],速さをv [m/s],時間をt [s]という記号で表すので,「きはじ」ではなく「x=vt」という式で表します。

今後,距離・速さ・時間以外にも「加速度」「質量」「力」「仕事」等,様々なものが出てきます。
すべて平仮名で表すと逆に面倒になってしまうので,記号を使います。

とりあえず,距離はx,速さはv (velocity),時間はt (time)であると少しずつ覚えておきましょう。

例題

例題4

人が一定の速さで70mを10秒で走った,人の速さは何m/sか。

解答

「きはじ」を使いたいところですが,今後のためにも「x=vt」を使っていきましょう
70mは距離なのでx,10秒は時間なのでtに当てはめていくと

$$70=v×10$$

という式を作ることができます。
速さは分かっていないため,vのままにしておきます。
あとは計算をすると

v=7m/s
となります。

まとめ

速さとは「単位時間あたりに進む距離」のことであり,単位は[m/s]のときと[km/h]のときがあります。

この2つの単位を変換するためには

「m/s」から「km/h」・・・3.6倍する

「km/h」から「m/s」・・・3.6で割る

という計算をします。

また,等速直線運動のときは

$$x=vt$$

を使って計算しましょう。

 

こんな感じで物理と物理基礎について解説していきます。
これから一緒に頑張って勉強していきましょうね!

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