等速直線運動 中３

質問

中学３年生です。
等速直線運動について教えてください。

物体に力がはたらかないとき（または力がつり合っているとき）
静止していた物体はいつまでも静止し、
運動していた物体はその速さで等速直線運動を続ける

これが等速直線運動ですが、さっぱりわかりません。
静止するときはわかりますが、運動しているときがわかりません。

「物体に力がはたらかないとき」は、具体的にどのようなときなのかはわかります。

例えば水平面で台車を転がしたとき、台車を押す瞬間は力が掛かりますが、あとは押さなくても転がり続けるというものです。
「物体に力がはたらかないとき」とは、「台車を押し続ける力も摩擦力もはたらかないとき」で合っていますか？
間違っていたら指摘してください。

しかし、「（または力がつり合っているとき）」の場合がどんなときなのかがわかりません。

何の力がつりあっているときのことをいっているのですか。
具体的に教えてください。

回答No.4

noname#40706 · ベストアンサー

＞＞「（または力がつり合っているとき）」の場合がどんなときなのかがわかりません。

わかりにくいですね。

ずいぶん変な図で申し訳ないのですが、机の上に台車を置きます。
台車の両側に糸をつけて、滑車を通して同じ重さのおもりをつけ、机の端につり下げます。

台車が止まった状態で、手をはなすと、台車は静止し続けます。これが力がつりあったときに物体は動かないということです。

台車を右に動かして、そして手をはなします。すると台車はそのままの速さで動き続けますね。これが、力がつり合ったとき、動いている物体はそのまま等速直線運動（等速度運動といいます）を続ける、という意味です。

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ところで、静止しているのと等速度運動とはずいぶんちがう運動に見えるかもしれませんが、「静止」＝「速度が０の等速度運動」なのです。こじつけのように聞こえるかもしれませんが、静止（速度が０）は速度が変わらないでしょ？いつまでも０のままですね。　だから等速なのです。等速とは速度が変化しないという意味です。

では力が加わったらどういう運動をするか？

もうお分かりですね。速度が変わるのです。加速度運動といいますね。

力とは速度を変えるはたらき、加速度を生むはたらきがあるのです。

私たちはふだんは、物体の運動のようすを分類するとき、下のように／で区切りますね。つまり、止まっているものと動いているもの。

速度が０　／　等速度運動　加速度運動

ですが、物体を動かす原因が力だということに注目すると下のように区切った方がいいという考え方もできますねですね。つまり、力が０（つりあっている）のときと、力が加わっているとき。　ということです。

速度が０　　等速度運動　／　加速度運動　

そして、上の「速度が０」を等速度運動の仲間に入れてやってくださいということです。

そうすると、

外からはたらく力が０またはつり合っているときは等速度運動

つり合っていないときは加速度運動、というように整理することができます。

お礼

両方から同じ力で引っ張ると静止している物体は静止し続けるわけですね。
よく考えたら中１のときに習いました。
でも全然気づきませんでした。
机の上に物体が乗っていて、両側から何も力を加えない状態のことばかり考えていました。

＞「静止」＝「速度が０の等速度運動」

よくわかりました。
グラフで考えてみれば、速度０でも納得です。

＞つり合っていないときは加速度運動

これもわかりました。
例えば車に乗っていて、「前に進む力」が「摩擦力」を上回れば、力がつりあっていないので加速するということですね。
ありがとうございました。

回答No.7

ht1914

力が働いていない時とはどういうときかがわからないということですね。
今までの解答を見ていると「力が働いていて釣り合っている」場合と、「力が働いていない」場合とを別々に考えておられますね。
でも運動の法則では２つの場合は同じ事だと見ているのです。絶対的に力の働いていない場合は存在しません。宇宙を考えても力は働いています。釣り合っていると見なせる場合は力が働いていないと考えてよいわけです。

「等速度で運動している」ことと「静止（速度０）している」こともまた同等です。等速度で運動しているＡと別の等速度運動をしているＢとは対等であると言うことも出来ます。この場合、何を基準として考えるかによって運動は変わってきます。

私がよく授業で言っていたの書きます。
「机の上に物体があって静止している。この場合、この物体に働いている力は釣り合っている」
という場面を考えます。これを同じ力の条件でこの物体が動いていると見ることも出来ます。地球の自転と共に動いています。１周４万ｋｍを１日で移動します。凄い速さです。動いていることを感じることが出来ないのは力が釣り合っているからです。
机の上で静止しているということと地球の自転と同じ速さで動いているという２つのことが両立しているのです。
動いている、止まっているが同等という考え方が出来なければ地動説は成立しません。

お礼

お礼が遅れてしまってすみませんでした。

＞釣り合っていると見なせる場合は力が働いていないと考えてよいわけです

その時わかった気がしても、時間がたってから改めて教科書を見ているとまたわからなくなってしまう時があります。
テストの問題は解けるんですけど、自分の中で理屈が完全に理解できていないんです。
ありがとうございました。

回答No.6

sanori

まだ適切な回答が出ていないと思いますので、投稿します。

＞＞＞
「物体に力がはたらかないとき」は、具体的にどのようなときなのかはわかります。
例えば水平面で台車を転がしたとき、台車を押す瞬間は力が掛かりますが、あとは押さなくても転がり続けるというものです。

はい。まずは、それでよいです。
＃１さんのご指摘のとおり、台車が下にめり込まないのは、重力と垂直抗力が釣り合っているからですが、
それは、この話題の本線ではないと思います。

＞＞＞
「物体に力がはたらかないとき」とは、「台車を押し続ける力も摩擦力もはたらかないとき」で合っていますか？
間違っていたら指摘してください。

だいたい正しいですが、空気抵抗も関係があります。
特に、物体が軽かったり（質量が小さかったり）速さが大きかったりすると、
空気抵抗の効果が目立ってきます。
そこが摩擦とは違うところです。
（摩擦力は、速さによらず、だいたい一定なので。）

＞＞＞
「（または力がつり合っているとき）」の場合がどんなときなのかがわかりません。
何の力がつりあっているときのことをいっているのですか。
具体的に教えてください。

＃４さんのアイデア（図）は、良いですね。
左に引っ張られる力と右に引っ張られる力とがつり合っているということですね。

違う例を１つ。
高いところから物を落とすと、重力加速度により、落下速度はだんだん大きくなっていきます。

雨粒は、数千メートルの上空から落ちてきます。
仮に２０００メートルから、素直に重力加速度だけで落下してきたとしましょう。
すると、地表には、約２００メートル／秒（約７００ｋｍ／時）、
すなわち、新幹線の３倍という、とんでもない速さで落ちてくることになります。
（速さ　＝　√（２×９．８×２０００）　という式で求まります。）

ところが実際は、そんなに速くないですし、ほぼ一定速度で落ちてきていますよね？

これは、雨粒が落ちてくる途中に、ある速度に達したところで、
だいたい、雨粒に働いている２つの力、
すなわち、重力（下向き）と空気抵抗（上向き）とがつり合った状態になり、
それによって、だいたい等速になって、その後に地上に落ちてくる、
ということなのです。

なお、
つり合いに関して、「斥力」との回答が出ていますが、
それは電磁気力では関係しますが、ここでは登場させる必要がありません。

お礼

空気抵抗まで考えないといけないんですね。
ちょっとむずかしいですね。
それでも力がつりあうと等速になるというのはわかりました。
ありがとうございました。

回答No.5

noname#58790

＞または力がつり合っているときの場合がどんなときなのかがわかりません。
反力（斥力）の働いている場合だよ。＾＿＾

自分が動かないのは、重力＝地面からの反力
で釣り合っているから。
月が落ちてこないのは、重力＝遠心力だから。
（反力のみの説明）

でも、等速直線運動と「斥力のみの考え方」は違うからね。
それと、慣性系と、非慣性系も区別はしっかりしておこうね。

お礼

中１で習った、右に引っ張る力と左に引っ張る力（反対向きの力）が同じということですね。
ありがとうございました。

回答No.3

syomegon

「力がつり合っている時」は例えば止まっている物質に「左右両側から10kgの力」で押した時には両方から同じ力がかかっている為、動くことができない状態です。
　「物質に力が働かないとき」はそれで問題ないと思います。

お礼

「静止している物体は静止し続ける」ということが、机に物体が乗っている状態だけだと思っていました。
両側から同じ大きさの力を加えても静止しますね。
全然気づきませんでした。
ありがとうございました。

回答No.2

debukuro

「物体に力がはたらかないとき」とは、「台車を押し続ける力も摩擦力もはたらかないとき」
そうです。

「（または力がつり合っているとき）」
動かそうとする力と止めようとする力がつりあっているときです。
このときも等速度運動を続けます。
電車などが一定の速度で走っているときを考えてください。
動力を切るとやがて停止します。
ノッチを上げると加速されます。
つりあっていると速度は変わりません。

補足

＞動かそうとする力と止めようとする力がつりあっているとき

よくわかりました。
この場合、重力と垂直抗力が釣り合っているのを前提としているのですか？

＞つりあっていると速度は変わりません

このとき釣り合っている力は、「重力と垂直抗力」と「前に進む力と摩擦力」でいいのでしょうか？

回答No.1

TomaSoichi

まず、最初に。
＞静止していた物体はいつまでも静止し、
＞運動していた物体はその速さで等速直線運動を続ける。
これは慣性の法則というもので、これ全体が等速直線運動の説明ではないということを書いておきます。

＞例えば水平面で台車を転がしたとき、台車を押す瞬間は力が掛かりますが、あとは押さなくても転がり続ける。（摩擦は無いとして）
これは「物体に力が働いてない状態」ではありません。力（重力、垂直効力）が釣り合っている状態なのです。

全く力が働いていない状態は「宇宙にいる」ようなことと考えればよいです。

お礼

すみません。
勘違いしていました。
慣性の法則です。

＞全く力が働いていない状態は「宇宙にいる」ようなこと

ちょっとわかったような気がします。
「物体にはたらく力」は、重力や垂直抗力や摩擦力や押したり引っ張られたりする力などあらゆる力を指すのですね。
ありがとうございました。