高校物理基礎

移動距離と変位 速さ・速度とは

この記事で学べる内容

移動距離と変位の違い

速さと速度の違い

物理や物理基礎では「距離と変位」や「速さと速度」を区別します。
速さと速度なんて同じなように思えるのですが,この2つはきちんと使い分けられているのです。

今回は「距離と変位」の違い,「速さと速度」の違いについて,わかりやすく簡単に解説をします。

移動距離と変位とは

変位 x[m]

位置の変化量」のこと。マイナスになる可能性もある。
物理では「x」という記号を使い,単位は[m]

なお,移動距離はマイナスにならない。

距離と変位の違い

原点Oに人がいたとします。
この人がO→A→Bと移動をするときを考えましょう。

この人は,O→Aで30m移動し,A→Bで80m移動し,合計110mの距離を移動したことになります。

しかし,最初と最後だけを見ると結局50m左に進んだだけと見ることもできますよね。

距離と変位とは

このように,実際に移動した長さのことを移動距離,最初と最後でどれくらい位置が変わったのかを変位と言います。

移動距離…実際に移動した長さ

変位…最初と最後でどれくらい位置が変わったか

変位を考えるとき,途中どこに寄ったかは関係なく,最初と最後の場所だけを見ます。
「何m進んだの?」ではなく,「結局何m位置が変わったの?」です。

性質上,移動距離は必ずプラスの値になるのですが,変位はプラスになることもあればマイナスになることもあります。

「マイナスが出てくるかもしれない」と,問題を解くときに注意しておきましょう。

変位xはマイナスになる場合もある

物理では,距離ではなく変位のことをx[m]と表します。
ただし,真っ直ぐ進むだけの運動のような,変位と移動距離が等しくなる場合は,移動距離をxとする場合もあります。

ここで,前回学習した「x=vt」を考えてみましょう。
xがマイナスになるということは,vやtもマイナスになるかもしれませんよね。

それが速さと速度の違いに繋がっていきます。

速さと速度の違いとは

速度 v[m/s]

速さに向きを加えたもの

速度とは,速さに向きを加えたもののことです。

速さの定義に関しては前回の内容を確認してください。

等速直線運動と速さ 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。 ...

速さとは前回でも説明した通り,「単位時間あたりに進む距離」「1秒で何m進むか」のことですが,
速度とは,速さに向きを加えたもののことであり,速さと同様にv[m/s]という記号で表します。

ベクトルについて

また,向きと大きさを合わせたもののことをベクトルと言います。

例えば

風向きは「〇〇の向きに〇〇m/s」のように,向き+大きさなのでベクトル
温度は「〇〇℃」のように,向きはなく大きさだけなのでスカラーです。

「5m/s」は速さ(スカラー)
「東向きに5m/s」は速度です。(ベクトル)

このように,速さはベクトルではなくスカラー,速度はベクトルだと教える教科書も多いです。
しかし,よく分からない場合は「速度は向きが必要!!」とだけ覚えておけば大丈夫です。

速さと速度の違い

速さを考えると,右向きも左向きも「10m/s」と書けばよいのですが,速度では「右向きに10m/s」「左向きに10m/s」と表現しなければなりません。
速度とは「〇〇向きに〇〇m/s」のような,向き+速さのことなのです。

右向きを正とするならば,

10m/sと書けば「右向きに10m/s」

-10m/sと書けば「左向きに10m/s」

という意味になります。

「速度」は速さ+向きのこと。マイナスになる可能性もある。

例題

東向きを正とし,次の速度について符号を付けて表わせ。

(1)東向きに50m/s    (2)西向きに3m/s

解答

(1)+50m/s
※本来であれば+を付ける必要はありません。

(2)-3m/s

これだけ見ると簡単なのですが,問題文にさり気なく「西向き」と書いてあることに気が付かず,マイナスを付け忘れることがよくあるので気を付けましょう。

他にも注意するべき点があります。
「速度はどれくらいか」と聞かれたら「向き+速さ」で答える必要がありますが,
「速さはどれくらいか」「速度の大きさはどれくらいか」という聞かれ方の場合,向きは必要ではありません。

速度…向きが必要
速さ…向きはいらない
速度の大きさ…速さのこと(向きはいらない)

まとめ

移動距離は必ずプラスですが,変位だとマイナスになる可能性があります。

同様に,速さは必ずプラスですが,速度だとマイナスになる可能性があります。

移動距離と変位,速さと速度の大きな違いは「マイナスになるかもしれない」こと
「西向き」「東向き」には注意
「速度の大きさ」は速さのことなので,必ずプラスになる

問題文の書き方によって答えが変わるので,今後の内容で例題を解き,慣れていく必要がありますね。

以上で今回の解説を終わります。

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