初歩の物理の問題では抵抗を無視することが多いですが,現実にはもちろん抵抗力は無視できない大きさで存在します.もしも空気の抵抗がなかったら上から落ちる物はどんどん加速するので,僕たちは雨の日には外を出歩けなくなってしまいます.雨に当たって死んじゃう. 空気や液体の抵抗力はいろいろと複雑なのですが,一番簡単なのは速度に比例した力を受けるものです.自転車なんかでも,速く漕ぐほど受ける風は大きくなり,速度を大きくするのが難しくなります.空気抵抗から受ける力の向きは,もちろん進行方向に逆向きです. 質量 のなにかが落下する運動を考えて,図のように座標軸をとり,運動方程式で記述してみましょう.そして運動方程式を解いて,抵抗を受ける場合の速度と位置の変化がどうなるかを調べてみます. 落ちる物体の質量を ,重力加速度を ,空気抵抗の比例係数を (カッパ)とします.物体に働く力は軸の正方向に重力 ,負方向に空気抵抗 だけですから,運動方程式は となります.加速度を速度の微分形の形で書くと というものになります.これは に関する1階微分方程式です. 積分して の形にしたいので変数を分離します.両辺を で割って ここで右辺を の係数で括ります. 力、トルク、慣性モーメント、仕事、出力の定義～制御工学の基礎あれこれ～. 両辺を で割ります. 両辺に を掛けます. これで変数が分離された形になりました.両辺を積分します. 積分公式 より 両辺の指数をとると( "指数をとる"について 参照) ここで を新たに任意定数 とおくと, となり,速度の式が分かりました.任意定数 は初期条件によって決まる値です.この速度の式,斜面を滑べる運動とはちょっと違います.時間 が の肩に付いているところが違います.しかも の肩はマイナスの係数です. のグラフは のようになるので,最終的に時間に関する項はゼロになり,速度は という一定値になることが分かります.この速度を終端速度といいます.雨粒がものすごく速いスピードにならないことが,運動方程式から理解できたことになります.よかったですね(誰に言ってんだろ). 速度の式が分かったので,つぎは位置について求めます.速度 を位置 の微分の形で書くと 関数 の1階微分方程式になります.これを解いて の形にしてやります.変数を分離して この両辺を積分します. という位置の式が求まりました.任意定数 も初期条件から決まります.速度の式でみたように,十分時間が経つと速度は一定になるので,位置の式も時間が経つと等速度運動で表されることになります.
後から出てくるので、覚えておいてくださいね。 それから、摩擦力と垂直抗力の合力を『 抗力(こうりょく) 』と言い、 R (抗力"reaction"に由来)で表しますよ。 つまり、摩擦力は抗力の水平成分で、垂直抗力は抗力の垂直成分なんですね。 図5 摩擦力と垂直抗力と抗力 摩擦力の基本が分かったところで、いよいよ3種類の摩擦力について学んでいきましょう。 まずは『 静止摩擦力 』からです!
角速度、角加速度 力や運動量を回転に合わせて拡張した概念が出てきたので, 速度や加速度や質量を拡張した概念も作ってやりたいところである. しかし, 今までと同じ方法を使って何も考えずに単に半径をかけたのではよく分からない量が出来てしまうだけだ. そんな事をしなくても例えば, 回転の速度というのは単位時間あたりに回転する角度を考えるのが一番分かりやすい. これを「 角速度 」と呼ぶ. 回転角を で表す時, 角速度 は次のように表現される. さらに, 角速度がどれくらい変化するかという量として「 角加速度 」という量を定義する. 角速度をもう一度時間で微分すればいい. この辺りは何も難しいことのない概念であろう. 大学生がよくつまづくのは, この後に出てくる, 質量に相当する概念「慣性モーメント」の話が出始める頃からである. 定義式だけをしげしげと眺めて慣性モーメントとは何かと考えても混乱が始まるだけである. また, 「力のモーメント」と「慣性モーメント」と名前が似ているので頭の中がこんがらかっている人も時々見かける. しかし, そんなに難しい話ではない. 慣性モーメント 運動量に相当する「角運動量 」と速度に相当する「角速度 」が定義できたので, これらの関係を運動量の定義式 と同じように という形で表せないか, と考えてみよう. この「回転に対する質量」を表す量 を「 慣性モーメント 」と呼ぶ. 本当は「力のモーメント」と同じように「質量のモーメント」と名付けたかったのかも知れない. しかし今までと定義の仕方のニュアンスが違うので「慣性のモーメント(moment of inertia)」と呼ぶことにしたのであろう. 【高校物理】「物体にはたらく力」(練習編) | 映像授業のTry IT (トライイット). 日本語では「of」を略して「慣性モーメント」と訳している. 質量が力を加えられた時の「動きにくさ」や「止まりにくさ」を表すのと同様, この「慣性モーメント」は力のモーメントが加わった時の「回転の始まりにくさ」や「回転の止まりにくさ」を表しているのである. では, 慣性モーメントをどのように定義したらいいだろうか ? 角運動量は「半径×運動量」であり, 運動量は「質量×速度」であって, 速度は「角速度×半径」で表せる. これは口で言うより式で表した方が分かりやすい. これと一つ前の式とを比べると慣性モーメント は と表せば良いことが分かるだろう. これが慣性モーメントが定義された経緯である.
みなさん、こんにちは。物理基礎のコーナーです。今回は【力のつり合い】について解説します。 大きさがあって変形しない物体を「剛体」と呼びますが、剛体の力のつり合いを考える場合には「モーメント」という新たな概念を使う必要があります。 今回はまず、「大きさのない物体」の2力、3力のつり合いについて復習した後、「モーメント」を使った剛体のつり合いを考えていきます。 大きさのない物体における力のつり合い〜2力のつり合いと3力のつり合いについて まずは物体に大きさがない場合についてです。 たかしくん 大きさがあるのが物体でしょ?
■力 [N, kgf] 質量m[kg]と力F[N]と加速度a[m/s 2]は ニュートンの法則 より以下となります。 ここで出てくる力の単位はN(ニュートン)といい、 質量1kgの物を1m/s 2 の加速度で進めることが出来る力を1N と定義します。 そのためNを以下の様に表現する場合もあります。 重力加速度は、地球上で自由落下させた時に生じる加速度の事で、9. 8[m/s 2]となります。 従って重力によって質量1kgの物にかかる下向きの力は9.
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