初速度と力

質問

同じような質問がでていますが、ある程度調べてもわからなかったので質問させてください。

初速度が力に含まれないのはなぜなのか悩んでいました。
結論としては
初速度：慣性の法則の話
力：運動の法則の話

全く別のことなので初速度は力ではない、という理解をしました。
しかし、同じ現象で「法則が違うから」というだけではいまいちわかりません。

力とは運動の状態に変化を与えるものなので、初速度がおそいボールとはやいボールなら、初速度がはやいボールのほうが威力が増すので力も大きいと思います。

速度と力は単位が異なるという説明をされている方もいたのですが、単位が異なるから・・・単位をそろえればいいのでは？と思っています（水溶液の濃度から溶質の質量がわかるように。）

なにかが決定的に間違っているのでしょう。
よろしくお願いいたします。

回答No.5

中村 拓男（@tknakamuri） · ベストアンサー

運動状態=「威力」が運動量のことなら間違っているし、
エネルギーのことなら若干ですが的を射ています。

速度を0vから1vに上げる際には (1/2)mv^2
のエネルギーを受取ますが
1vから2vに上げる際には (3/2)mv^2
のエネルギーを受取ます。

ただ、エネルギー=カではないし、エネルギーの変化や
時間変化率=力でもありません。
運動量の時間変化率=力 なんですよね。
というか、そういう運動状態の変化を生みだす「もの」を
「力」と定義しています。

人間がこの辺りの整理ができるまで何千年も
かかっているので悩むのは当然なんですが、
ひとつひとつの言葉の意味を調べつつ納得して
行くしかないと思います。

お礼

回答ありがとうございます。
そうですね、今は自分がどう誤解していたのかがわかりました

回答No.7

fxq11011

あいまいで、もうしわけないが、「力」にとらわれすぎでは。
物理の初歩の初歩では「力」がつかわれますが。
進むにつれて、エネルギーや、加速度にとって変わったような記憶があります。

お礼

解答ありがとうございます。

そうです、考えすぎでした。

回答No.6

lv4u

>>なにかが決定的に間違っているのでしょう。

適切な回答になるかどうか判りませんが、書いてみます。

『大人のための「数学・物理」再入門／吉田武』という書籍の第７話「次元の違う話　ニュートン力学が導くもの」には「ニュートンの３法則」が紹介されています。
第一法則：慣性の法則
第二法則：運動方程式
第三法則：作用・反作用の法則

>>--------------------------------------------------------------------
ただし、以上の「三法則は不可分一体のものであり、個別の議論は意味をなさない」ことに注意されたい。
数学は、俗に”積み重ね”などと言われるが、物理学の理解は螺旋的であり、一気に全体を作り上げる建築手法ーーたとえば、太鼓橋の設営などーーに似ている。物理学は、元々積み重ねようもないのである。したがって、用語の意味を順番に理解することなど不可能である。全体の運用の中で、次第にその意味が見え隠れし、漸く実体に迫れるのである（Ｐ．２７）
<<--------------------------------------------------------------------
上の「」内は太字表示となっています。

これによれば、初速度とか、力を個別に理解しようとするのが無理ってことのようです。上記の３つをまとめて理解する必要があるってことのようですね。

ちなみに、この書籍には

・等時性と調和振動子
・定理・公式をめぐって
・意味と考え方は学べるか
・数値計算の心得
・微分・積分・変分原理
・歴史教科書の問題
・電気と磁気・場の統一理論

など、それぞれの話題が４ページずつ書かれていて、数学や物理に興味ある方には、お勧めではないかと思います。

お礼

回答ありがとうございます。
専門的にやってらっしゃる方なのでしょうか？
すごい詳細な解答ありがとうございます

回答No.4

foomufoomu

>なにかが決定的に間違っているのでしょう。
何も間違ってはいないと思います。

問題は「初速度はどうやって与えたか」ではないでしょうか。
たとえば、運動の式から
F=m*a → v=F*t/m
質量ｍの物体に力Fをｔ秒与えると速度Vになる、のですから、速度と力は深い関係があると言えます。

なお、ボールがぶつかった時の威力の計算は、前記の式でなく、エネルギーの式
E=1/2*m*v^2
と、ぶつかった相手が弾性体（バネ）なら、バネ変形のエネルギーの式
E=1/2*k*x^2
(k:バネ係数　x:バネの変形量）
が等しいと置いて、ｘを解きます。これよりF=k*xでバネに生じる力がわかります。

お礼

回答ありがとうございます。

おっしゃるとおりです。

回答No.3

久保 泰臣（@omi3_）

みなさん
イラッとしてはいけないと思います。
小さい誤解が解ければきっと悟りを開く人ですから。

>力とは運動の状態に変化を与えるものなので、初速度がおそいボールとはやいボールなら、初速度がはやいボールのほうが威力が増すので力も大きいと思います。

力をエネルギーと置き換えて読むと、
すこし文章が正しくなります。

ghfjri さん
力とは運動量に変化を与えるものなので、初速度がはやいボールは運動量（力*時間 = 速度*重さ）が大きいから、止める時も大きな力が必要、それはエネルギー（速度*速度*重さ）が大ききとも言える。

話は変わって、自転車を想像してください
軽いベダリングでもグングン回せば、
自転車の運動エネルギー（速度*速度*重さ）は増し、
衝突したら大きく壊れる。 のは理解簡単ですね。
ところが
ブレーキを掛けたままの自転車、
大きな力を与え続けても、動かなければエネルギー（力*移動距離）は0

もっとひどいのは、重いバックをぶら下げて、
平たん路をどんなに歩いても走っても エネルギー（仕事量）は0

これが体感できるようにならないと、あなたは物理を嫌いになるかも。

お礼

最近、運動量を習い、やっと意味がわかってきました。
物理嫌いになるリスクはありますが、もうすぐ力学が終わるのでなんとかくらいつきたいですー

回答No.2

hitokotonusi

決定的に間違っていますね。

速度を持っていても、方向を含めて速度が一定のままなら力は働いていません(慣性の法則)。
これだけ考えても、速度と力が全く別の意味を持った物理量であることがわかるでしょう？

力は、速度の大きさや方向を変える作用のことです。
質点の運動なら力を質点の質量で割れば加速度になります(運動方程式)。

＞初速度がおそいボールとはやいボールなら、初速度がはやいボールのほうが威力が増すので力も大きいと思います。

このような「運動の威力」を表す物理量は運動量と言われ、質量×速度で定義されます。
力が働けば速度が変るので運動量も変って、これで「運動の威力」の変化が記述できます。

お礼

回答ありがとうございます。

＞このような「運動の威力」を表す物理量は運動量と言われ

別の表現方法があるのですね。
確かにそれならわざわざ定義の力に初速度を中に入れる必要はなかったと感じます

回答No.1

Glory_777

それらの話は運動量と言う概念が先にあり、やはり質問者さんと同じように
過去に物理の世界で議論になったそうです。

簡単に言えば、人間が力と言っている言葉が曖昧なのです。

感覚的には筋肉が疲れたと言っている場合が多いですよね。
つまり、筋肉の痛みを想像して話しています。

物理ではそうした一般用語の力をさしていません。
名前が力で昏倒しやすいならば、山田スペシャルとしてもOKです。

特に意味はありません。

山田スペシャルは、重さに加速度を掛けたものです。
ちなにみに山田スペシャルと言う言葉に意味は無く、重さに加速度を掛けたものに
対して、何らかの名前をつけたかったのです。

で、さすにが山田スペシャルはわかり辛いので、

”力”と言うのはいかがでしょうか？

これは特に筋肉の力みとは関連がありません。

ちなみに、早いボールを打つ時は、物理ではエネルギーが要ると言います。
これも、私たちが言う栄養と言うイメージのエネルギーとは大分違います。

例えば重いものを持って歩くとき、力仕事といいますね。

物理では仕事と言いますし、エネルギーが要るといいます。

困るのは、どのくらい歩いたのか？とかどのくらいの時間頑張ったの？
とか細かく言えば、どれくらい真面目に働いたのかわかりません。

つまり、現実世界であっても、力が要る仕事と言うのは、どのくらい働いたか
が大事ですよね。

そう言う意味では、力と言うのは現実的には存在しないのではないか？と考えます。

力が分かるのは、リアルで何かしたときですね。

つまり誰かが俺には力があると言っているだけの時は、流石に分かりません。

ところがその人が良い仕事をすると、短い時間で仕上げた場合、相当力があると思いますよね。

力とはこういう仕事で成果を挙げた人が、どのくらいの時間で仕上げたのかで類推するのが
正しいのでしょう。

と言う事で、物理の力とは男の実力に近いイメージであり、仕事と言うのもそう。
エネルギーと言うのは栄養ではなく、男のエネルギッシュな何かに近いですね。

質問者さんが「速い球を打つとき」と言っているのは、筋肉がした仕事をさしています。

なので正しくは、「初速があるボールを打つ時は、筋肉が沢山仕事をすると思います」
と言えば、かなり物理の表現に近いと思います。

物理では、筋肉以外も仕事をしていると考えており、
これら内在する実力を何とか表現しようとしています。
実際には見えないですから、意味はないです。

例えば、故障した車を押して、移動させる時、男たちが頑張ります。
普通に考えれば、筋肉が仕事を続ければ、クルマはどんどん加速するはずです。
ですので、力は重いものを加速させるものとしちゃってます。

結局、海外で物理用語が定義され、無理に日本語に直してますし（数学もだ）、
海外の人にとっては、日本語は難しくてどうでも良いと思ってるはずです。

そこで、力と言わずに漢（オトコ）としても良いじゃないかとは思います。

漢が加わった以上、そこにあるものは加速するんです。

なので、漢がバットを振っている以上、バットは加速しないといけない。
一定速度でのスィングですと、最初だけ漢を入れ、途中で手を抜いたと推察されます。

速い球を打つ時には筋肉へ衝撃が伝わっているのを感じて感覚的に言っているだけで、
実は漢は入ってないかもしれない。

そう思いませんか？

お礼

回答ありがとうございます。
楽しいたとえが多く、思わず笑ってしまいました。

力の定義がmaであり、それ以上でもそれ以下でもない、ということでしょうか。