等速直線運動と慣性の法則
カワウソ先生力がはたらかなければ、止まっているものは止まったまま、動いているものは同じ速さ・同じ向きで動き続けるよ。
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- 一直線上を一定の速さで進む運動を等速直線運動といい、移動距離は時間に比例する。
- 物体に力がはたらいていない、またははたらく力がつり合っているとき、静止している物体は静止を続け、運動している物体は等速直線運動を続ける。これを慣性の法則(運動の第一法則)という。
- すべての物体がもつ、運動の状態(静止・等速直線運動)を保とうとする性質を慣性という。
詳しく
公式
物体が一直線上を、一定の速さで進む運動を等速直線運動という。等速直線運動では、移動距離は時間に比例するので、記録タイマー(新しいタブで開きます)のテープでは打点の間隔がどこも一定になる。
物体に力がはたらいていない、または複数の力がはたらいていてもつり合っているとき、静止している物体は静止し続け、運動している物体はそのままの速さ・向きで等速直線運動を続ける。これを慣性の法則(運動の第一法則)という。
物体が、今の運動の状態(静止、または一定の速さ・向きの運動)をそのまま保とうとする性質を慣性という。慣性はすべての物体がもつ性質で、質量が大きいほど、運動の状態を変えにくい。
例題
例題1:摩擦のない水平面上で、台車が0.4m/sの一定の速さで3秒間、等速直線運動をした。移動距離は何mか。0.4×3=1.2m。
例題2:走行中のバスが急ブレーキをかけると、立っている乗客の体は前に倒れそうになる。これはなぜか。乗客の体には、それまでの運動(前向きの等速直線運動)を続けようとする慣性がはたらき、バスだけが先に減速するため。
例題3:だるま落としで、上のだるまを動かさずに下の段だけを横に打ち抜ける。これはなぜか。だるまには静止を続けようとする慣性がはたらくので、下の段がすばやく抜けても、上のだるまはその場にとどまり、真下に落ちる。
なぜそうなるか
力は物体の運動の状態を変えるはたらきをもつ。逆にいえば、力がはたらかなければ運動の状態は変わらないので、静止している物体は静止のまま、動いている物体はそのままの速さと向きで動き続ける。これが慣性の法則。
バスが急ブレーキをかけると、バスの車体には進行方向と逆向きの力(ブレーキの力)がはたらいて減速するが、乗客の体には直接その力がはたらかない。乗客の体はそれまでの速さで前へ進み続けようとするため、バスに対して前に倒れそうになる。
実際の地面の上では摩擦や空気の抵抗という力がはたらき続けるため、動いているものはやがて止まる。摩擦や空気の抵抗がない状態を考えてはじめて、慣性の法則の「力がなければ等速直線運動を続ける」という関係が見えやすくなる。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/uniform-motion-and-inertia/?from=print#quiz
摩擦のない水平面上で、台車が0.4m/sの一定の速さで3秒間、等速直線運動をした。移動距離は何mか。数字で答えよう。
答え:____________
正解:1.2
等速直線運動では移動距離は時間に比例する。0.4×3=1.2m。走行中のバスが急ブレーキをかけると、立っている乗客の体が前に倒れそうになる。これはなぜか。
- ◯ 乗客の体に、バスの進む向きと反対の力がはたらくから
- ◯ 乗客の体に、それまでの運動を続けようとする慣性がはたらくから
- ◯ 乗客の体の重さが急に増えるから
- ◯ バスだけが慣性をもち、乗客は慣性をもたないから
正解:乗客の体に、それまでの運動を続けようとする慣性がはたらくから
乗客の体には、それまでの前向きの運動を続けようとする慣性がはたらく。バスだけが先に減速するため、乗客の体は前に倒れそうになる。物体が、今の運動の状態(静止、または一定の速さ・向きの運動)をそのまま保とうとする性質を何というか。
- ◯ 合力
- ◯ 仕事率
- ◯ 慣性
- ◯ 浮力
正解:慣性
この性質を慣性という。力がはたらかなければ、物体は慣性によって運動の状態を保つ(慣性の法則)。台車が等速直線運動をしているとき、記録タイマーのテープの打点の間隔はどうなっているか。
- ◯ どの区間でも同じ間隔
- ◯ だんだん広がっていく
- ◯ 不規則に変わる
- ◯ だんだんせまくなっていく
正解:どの区間でも同じ間隔
等速直線運動では速さが変わらないので、0.1秒ごとの区間の長さ(打点の間隔)はどこも同じになる。
単元のポイント
- 等速直線運動 一定の速さで一直線に進む運動
- 慣性の法則 力がなければ運動の状態を保つ
- 慣性 運動の状態を保とうとする性質
- テープの打点間隔 等速直線運動では一定になる