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等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)と慣性(かんせい)の法則(ほうそく)

カワウソ先生力(ちから)がはたらかなければ、止(と)まっているものは止(と)まったまま、動(うご)いているものは同(おな)じ速(はや)さ・同(おな)じ向(む)きで動(うご)き続(つづ)けるよ。

30秒でつかむ

  1. 一直線上(いっちょくせんじょう)を一定(いってい)の速(はや)さで進(すす)む運動(うんどう)を等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)といい、移動(いどう)距離(きょり)は時間(じかん)に比例(ひれい)する。
  2. 物体(ぶったい)に力(ちから)がはたらいていない、またははたらく力(ちから)がつり合(あ)っているとき、静止(せいし)している物体(ぶったい)は静止(せいし)を続(つづ)け、運動(うんどう)している物体(ぶったい)は等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)を続(つづ)ける。これを慣性(かんせい)の法則(ほうそく)(運動(うんどう)の第(だい)一(いち)法則(ほうそく))という。
  3. すべての物体(ぶったい)がもつ、運動(うんどう)の状態(じょうたい)(静止(せいし)・等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう))を保(たも)とうとする性質(せいしつ)を慣性(かんせい)という。

詳しく

公式(こうしき)

物体(ぶったい)が一直線上(いっちょくせんじょう)を、一定(いってい)の速(はや)さで進(すす)む運動(うんどう)を等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)という。等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)では、移動(いどう)距離(きょり)は時間(じかん)に比例(ひれい)するので、記録(きろく)タイマー(新しいタブで開きます)のテープでは打点(だてん)の間隔(かんかく)がどこも一定(いってい)になる。

物体(ぶったい)に力(ちから)がはたらいていない、または複数(ふくすう)の力(ちから)がはたらいていてもつり合(あ)っているとき、静止(せいし)している物体(ぶったい)は静止(せいし)し続(つづ)け、運動(うんどう)している物体(ぶったい)はそのままの速(はや)さ・向(む)きで等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)を続(つづ)ける。これを慣性(かんせい)の法則(ほうそく)(運動(うんどう)の第(だい)一(いち)法則(ほうそく))という。

物体(ぶったい)が、今(いま)の運動(うんどう)の状態(じょうたい)(静止(せいし)、または一定(いってい)の速(はや)さ・向(む)きの運動(うんどう))をそのまま保(たも)とうとする性質(せいしつ)を慣性(かんせい)という。慣性(かんせい)はすべての物体(ぶったい)がもつ性質(せいしつ)で、質量(しつりょう)が大(おお)きいほど、運動(うんどう)の状態(じょうたい)を変(か)えにくい。

等速直線運動では打点の間隔が一定Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

例題(れいだい)

例題(れいだい)1:摩擦(まさつ)のない水平面上(すいへいめんじょう)で、台車(だいしゃ)が0.4m/sの一定(いってい)の速(はや)さで3秒間(びょうかん)、等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)をした。移動(いどう)距離(きょり)は何(なん)mか。0.4×3=1.2m。

例題(れいだい)2:走行中(そうこうちゅう)のバスが急(きゅう)ブレーキをかけると、立(た)っている乗客(じょうきゃく)の体(からだ)は前(まえ)に倒(たお)れそうになる。これはなぜか。乗客(じょうきゃく)の体(からだ)には、それまでの運動(うんどう)(前向(まえむ)きの等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう))を続(つづ)けようとする慣性(かんせい)がはたらき、バスだけが先(さき)に減速(げんそく)するため。

例題(れいだい)3:だるま落(お)としで、上(うえ)のだるまを動(うご)かさずに下(した)の段(だん)だけを横(よこ)に打(う)ち抜(ぬ)ける。これはなぜか。だるまには静止(せいし)を続(つづ)けようとする慣性(かんせい)がはたらくので、下(した)の段(だん)がすばやく抜(ぬ)けても、上(うえ)のだるまはその場(ば)にとどまり、真下(ました)に落(お)ちる。

バスは減速、乗客の体は慣性で前へAsatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

なぜそうなるか

力(ちから)は物体(ぶったい)の運動(うんどう)の状態(じょうたい)を変(か)えるはたらきをもつ。逆(ぎゃく)にいえば、力(ちから)がはたらかなければ運動(うんどう)の状態(じょうたい)は変(か)わらないので、静止(せいし)している物体(ぶったい)は静止(せいし)のまま、動(うご)いている物体(ぶったい)はそのままの速(はや)さと向(む)きで動(うご)き続(つづ)ける。これが慣性(かんせい)の法則(ほうそく)。

バスが急(きゅう)ブレーキをかけると、バスの車体(しゃたい)には進行(しんこう)方向(ほうこう)と逆(ぎゃく)向(む)きの力(ちから)(ブレーキの力(ちから))がはたらいて減速(げんそく)するが、乗客(じょうきゃく)の体(からだ)には直接(ちょくせつ)その力(ちから)がはたらかない。乗客(じょうきゃく)の体(からだ)はそれまでの速(はや)さで前(まえ)へ進(すす)み続(つづ)けようとするため、バスに対(たい)して前(まえ)に倒(たお)れそうになる。

実際(じっさい)の地面(じめん)の上(うえ)では摩擦(まさつ)や空気(くうき)の抵抗(ていこう)という力(ちから)がはたらき続(つづ)けるため、動(うご)いているものはやがて止(と)まる。摩擦(まさつ)や空気(くうき)の抵抗(ていこう)がない状態(じょうたい)を考(かんが)えてはじめて、慣性(かんせい)の法則(ほうそく)の「力(ちから)がなければ等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)を続(つづ)ける」という関係(かんけい)が見(み)えやすくなる。

確認問題

問題 1 / 4摩擦(まさつ)のない水平面上(すいへいめんじょう)で、台車(だいしゃ)が0.4m/sの一定(いってい)の速(はや)さで3秒間(びょうかん)、等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)をした。移動(いどう)距離(きょり)は何(なん)mか。数字(すうじ)で答(こた)えよう。

確認問題(解答用紙)

この問題を端末で解くための QR コード

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

  1. 摩擦(まさつ)のない水平面上(すいへいめんじょう)で、台車(だいしゃ)が0.4m/sの一定(いってい)の速(はや)さで3秒間(びょうかん)、等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)をした。移動(いどう)距離(きょり)は何(なん)mか。数字(すうじ)で答(こた)えよう。

    答え:____________

    正解:1.2
    等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)では移動(いどう)距離(きょり)は時間(じかん)に比例(ひれい)する。0.4×3=1.2m。

  2. 走行中(そうこうちゅう)のバスが急(きゅう)ブレーキをかけると、立(た)っている乗客(じょうきゃく)の体(からだ)が前(まえ)に倒(たお)れそうになる。これはなぜか。

    • ◯ 乗客(じょうきゃく)の体(からだ)に、バスの進(すす)む向(む)きと反対(はんたい)の力(ちから)がはたらくから
    • ◯ 乗客(じょうきゃく)の体(からだ)に、それまでの運動(うんどう)を続(つづ)けようとする慣性(かんせい)がはたらくから
    • ◯ 乗客(じょうきゃく)の体(からだ)の重(おも)さが急(きゅう)に増(ふ)えるから
    • ◯ バスだけが慣性(かんせい)をもち、乗客(じょうきゃく)は慣性(かんせい)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(じょうきゃく)の体(からだ)には、それまでの前向(まえむ)きの運動(うんどう)を続(つづ)けようとする慣性(かんせい)がはたらく。バスだけが先(さき)に減速(げんそく)するため、乗客(じょうきゃく)の体(からだ)は前(まえ)に倒(たお)れそうになる。

  3. 物体(ぶったい)が、今(いま)の運動(うんどう)の状態(じょうたい)(静止(せいし)、または一定(いってい)の速(はや)さ・向(む)きの運動(うんどう))をそのまま保(たも)とうとする性質(せいしつ)を何(なん)というか。

    • ◯ 合力(ごうりょく)
    • ◯ 仕事率(しごとりつ)
    • ◯ 慣性(かんせい)
    • ◯ 浮力(ふりょく)

    正解:慣性
    この性質(せいしつ)を慣性(かんせい)という。力(ちから)がはたらかなければ、物体(ぶったい)は慣性(かんせい)によって運動(うんどう)の状態(じょうたい)を保(たも)つ(慣性(かんせい)の法則(ほうそく))。

  4. 台車(だいしゃ)が等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)をしているとき、記録(きろく)タイマーのテープの打点(だてん)の間隔(かんかく)はどうなっているか。

    • ◯ どの区間(くかん)でも同(おな)じ間隔(かんかく)
    • ◯ だんだん広(ひろ)がっていく
    • ◯ 不規則(ふきそく)に変(か)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(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)では速(はや)さが変(か)わらないので、0.1秒(びょう)ごとの区間(くかん)の長(なが)さ(打点(だてん)の間隔(かんかく))はどこも同(おな)じになる。

単元のポイント

  • 等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう) 一定(いってい)の速(はや)さで一直線(いっちょくせん)に進(すす)む運動(うんどう)
  • 慣性(かんせい)の法則(ほうそく) 力(ちから)がなければ運動(うんどう)の状態(じょうたい)を保(たも)つ
  • 慣性(かんせい) 運動(うんどう)の状態(じょうたい)を保(たも)とうとする性質(せいしつ)
  • テープの打点(だてん)間隔(かんかく) 等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)では一定(いってい)になる
問題を解く
単元のポイント
  • 等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう) 一定(いってい)の速(はや)さで一直線(いっちょくせん)に進(すす)む運動(うんどう)
  • 慣性(かんせい)の法則(ほうそく) 力(ちから)がなければ運動(うんどう)の状態(じょうたい)を保(たも)つ
  • 慣性(かんせい) 運動(うんどう)の状態(じょうたい)を保(たも)とうとする性質(せいしつ)
  • テープの打点(だてん)間隔(かんかく) 等速(とうそく)直線(ちょくせん)運動(うんどう)では一定(いってい)になる