等速直線運動と等加速度運動

質問

中学生です。

一定の速さで進むというものと、物体の進行方向に一定の力が働き続けるの意味がごちゃごちゃになっています。

一定の速さで進む・・・というところは分かるのですが、一定の力が働くというところがあいまいです。
一定の速さというものと、一定の力というのはなぜ一緒ではないのですか。

一定の力で押したら、一定の速さにならないのですか。

回答No.5

sanori · ベストアンサー

Ｎｏ．３の回答者です。

＞＞＞では、車が発進するときに、アクセルを一定の力で踏んで進む・・・は等加速度運動で、ある程度スピード出て一定の速さになったら等速直線運動になる・・・と思えば大丈夫ですか。

あなたは頭がいいですね。そのとおりです。

そういえば、もっと簡単な例がありました。

高いところから物を真っ直ぐ落とすと、直線状に、だんだんスピードを上げながら落ちます。
等加速度直線運動です。
だから、落ち始める高さが高いほど、地面に落ちる瞬間のスピード、衝撃が大きいわけです。
このときの「力」は重力です。

ところが、鳥の羽、紙ふぶき、雨滴、ピンポン玉は、高いところからとしても、落ちる速さがあっという間に大体一定になります。
空気がなくて真空ならば、全部同じ加速度で落下します。
すなわち、重力の絶対値と空気抵抗の絶対値が等しくなると、合計の力がゼロになる、つまりつりあうので、一定速度になります。
ここで「絶対値」という言葉をつけた意味は、本当は、
重力　＝　空気抵抗
ではなく
重力　＋　空気抵抗　＝　０　　（かかる力の合計はゼロ　⇒　等速直線運動）
だからです。

上方向（高さ方向）をプラス、あるいは、下方向（落下方向）をプラスと決めると
重力　＋　空気抵抗　＝　０
でもあり
重力　＝　－空気抵抗
でもあり
－重力　＝　空気抵抗
でもあります。

絶対値ならば、もちろん
｜重力｜　＝　｜空気抵抗｜
です。

お礼

ありがとうございます。
だんだんイメージが膨らんできました。
等加速ってことがそもそも違う解釈をしていた気がしてきました。
加速がだんだんに増すっていうようなイメージがなかった気がしました。

回答No.4

y-n-g

等速運動（慣性）と　加速　の違いがわからなくなってしまったようですね。

> 一定の力で押したら、一定の速さにならないのですか。
文字では上記のように書きながら、頭の中で　「一定の速度」で物を押していませんか？
一定の速度で　押せば確かに対象の物も一定の速さになりますよね。

一定の力で押すというのは今動いている状態から更に押すのですから　加速します。

お礼

う・・・ん、まさにおっしゃるとおりで、一定の力で消しゴムを押したら一定の速さで移動するか等速直線運動のような・・・?
そんなことを頭に浮かべています。

一定の力で今動いている状態から更に押す?とは??
例えばどんなことをイメージするわかりやすいですか。

回答No.3

sanori

こんにちは。
その話の範囲内では、「等加速度運動」ではなく「等加速度直線運動」と言った方がよいです。

自転車に乗っていて、こぐのをやめても、惰性で大体同じ速さで走り続けますよね。
それが、「一定の速さで進む」すなわち、等速直線運動です。
（実際には、空気抵抗、タイヤと路面の転がり摩擦、自転車のメカの摩擦があるので、徐々に遅くはなりますが、基本的には、これは、等速直線運動です。）

次に等加速度直線運動ですが、これは自転車だとわかりにくいです。
（こぐスピードが速さと関係してしまうので、イメージがわきにくい。）
しかし、クルマの話にするとわかりやすくなります。
クルマを運転していて、停止状態から一定の加減でアクセルを踏み続けると（＝エンジンからメカを通ってタイヤに同じ力をかけつづけると）、スピードがだんだん速くなっていきます。
これは、ほぼ、等加速度直線運動です。
（実際には、ある程度のスピードに達すると一定速度になりますが、これはやはり、摩擦や空気抵抗、あるいはエンジンその他の機構の特性によるものです。）

ちなみに、
重い星の周りを軽い星が円軌道で回っている等速円運動も、等加速度運動です。
進行方向と力の向きが常に垂直の関係になると、そうなります。
（この理由は、高校で習う三角関数の微分を使うと、簡単にわかります。）

お礼

ありがとうございます。
では、車が発進するときに、アクセルを一定の力で踏んで進む・・・は等加速度運動で、ある程度スピード出て一定の速さになったら等速直線運動になる・・・と思えば大丈夫ですか。

最初にイメージしたのは、「一定の力」がわからなくて、例えば消しゴムを押したときに、一定の力で押しているのに、等速度運動にならないぞと思ったので・・・

回答No.2

noname#138283

自転車を想像するとわかりやすいと思うんですが…

こぎ始めが一番力がいるはずです。

ギア付きなら、最初は１で加速するにつれて、ギアを上げていきますよね。

一番力が出やすい１にあわせるのはそのためです。

それ以降は、軽くこぐだけで進んでいきます。

加速には力がいるのですが、一定の速度で進むにはそれ以上の力がいらないのです。

まぁ、実際には、空気抵抗やら地面との摩擦やらで一定には進まないから、同じ速度で進むためにこぐ必要があるわけですが…

初期の物理では、そういったものを無視して考えるため…

力を加えるとどんどん加速し、

加えないと一定速度で動く

ということになります。

回答No.1

gohtraw

多分、自転車を同じ力で漕いだら速さは一定みたいな事をイメージされているのだと推察します。実はこれは摩擦や空気抵抗（自転車を止めようとする力）と漕ぐ力がちょうど釣り合っているのです。摩擦や空気の抵抗を無視した世界では、ある速度で動いている物体はその運動の状態を保とうとします。これが等速度運動です。この物体に何かの力を加えると、運動の速さや方向が変わったりします。
　一定の力を受け続ける例として物体をある高さに持ち上げたのち手を離した場合を考えましょう。物体には常に重力が働いています。この物体は、手を離した瞬間は静止していますが、その落下の速さは時間とともに大きくなっていきます。これが等加速度運動です。

お礼

>多分、自転車を同じ力で漕いだら速さは一定みたいな事をイメージされているのだと推察・・・

そのようです。
たとえば、消しゴムに一定の力をかけて滑られていくと、ずっと一定の速さで移動すると思うので、一定の力をかけつづけたら一定の速さのままをイメージしてしまっています。
なんか全然違うことをイメージしているのかなと心配になってきました。