前回の記事で説明したのと同様ですが「加速度グラフの増加面積=速度の変動」という関係にあります。実際のシミュレーターの例で確認してみましょう! 以下、初速=10, 加速度=5での例になります。 ↓例えば6秒経過後には加速度グラフは↓のように5×6=30の面積になっています。 そして↓がそのときの速度です。初速が10m/sから、40m/sに加速していますね。その差は30です。 加速度グラフが描いた面積分、速度が加速している事がわかりますね ! 【力学｜物理基礎】鉛直投げ上げ｜物理をわかりやすく. 重要ポイント3:速度グラフの増加面積=位置の変動 これは、前回の記事で説明した法則になります。等加速度運動時も、同様に 「速度グラフの増加面積=位置の変動」 という関係が成り立ちます。 初速=10, 加速度=5でt=6のときを考えてみます。 速度グラフの面積は↓のようになります。今回の場合加速しているので、台形のような形になります。台形の公式から、面積を計算すると、\(\frac{(10+40)*6}{2}\)=150となります。 このときの位置を確認してみると、、、、ちょうど150mの位置にありますね!シミュレーターからも 「速度グラフの増加面積=位置の変動」 となっている事が分かります! 台形の公式から、等加速度運動時の位置の公式を求めてみる! 上記の通り、 「速度グラフの増加面積=位置の変動」 の関係にあります。そして、等加速度運動時には速度は直線的に伸びるため↓のようなグラフになります。 ちょうど台形になっていますね。ですので、 この台形の面積さえわかれば、位置(変位)が計算出来るのです! 台形の左側の辺は「初速\(v_0\)」と一致しているはずであり、右側の辺は「時刻tの速度 = \(v_0+t*a_0\)」となっています。ですので、 \(台形の面積 = (左辺 + 右辺)×高さ/2 \) \(= (v_0 + v_0 +t*a_0)*t/2\) \(= v_0 + \frac{1}{2}a_0*t^2 \) となります。これはt=0からの移動距離であるため、初期位置\(x_0\)を足すことで \( x \displaystyle = x_0 + v_0*t + \frac{1}{2}a_0*t^2 \) と位置が求められます。これは↑で紹介した等加速度運動の公式になります!このように、速度の面積から計算すると、この公式が導けるのです!
力学で一番大事なのは、 ニュートンが考え出した運動方程式 「ma=F」 です。 (mは質量、aは加速度、Fは物体に働く力) 平たく言うと、質量×加速度の値が、その物体に働く力を全て合わせたものに等しいということです。例えば50kgの人が100Nの力で引っ張られているとすると、人は引っ張られている方向に2m/s^2の加速度を持ちます。 この運動方程式が、今日の力学、物理学の基本になっています。 基本的に加速度はこの式で求めます。この加速度を積分する事で、求めなければならない速度や、位置を、時間tの式の形で求めるのです。 等速度運動、等加速度運動ではどうなる?
0m/s\)の速さで動いていた物体が、一定の加速度\(1. 5m/s^2\)で加速した。 (1)2. 0秒後の物体の速さは何\(m/s\)か。 (2)2. 0秒後までに物体は何\(m\)進むか。 (3)この後、ブレーキをかけて一定の加速度で減速して、\(20m\)進んだ地点で停止した。このときの加速度の向きと大きさを求めよ。 (1)\(v=v_0+at\)より、 \(v=1. 0+1. 5\times 2. 0=4. 0\) したがって、\(4. 0m/s\) (2)\(v^2-v_0^2=2ax\)より、 \(4^2-1^2=2\cdot 1. 等 加速度 直線 運動 公式ホ. 5\cdot x\) \(x=5. 0\) したがって、\(5. 0m\) (3)\(v^2-v_0^2=2ax\)より、 \(0^2-4^2=2a\cdot20\) よって、\(a=-0. 4\) したがって、運動の向きと逆向きに\(-0. 4m/s^2\) 注意 初速度\(v_0\)と速度\(v\)の値がどの値になるのかを整理してから式を立てましょう。(3)の場合、初速度は\(1. 0m/s\)ではなく\(4. 0m/s\)になるので注意が必要です。 まとめ 初速度\(v_0\)、加速度\(a\)、時刻\(t\)、変位\(x\)とすると、等加速度直線運動において以下の3つの式が成り立ちます。 \(v=v_0+at\) \(x=v_ot+\frac{1}{2}at^2\) \(v^2-v_0^2=2ax\) というわけで、この記事の内容はここまでです。何か参考になる情報があれば嬉しいです。 最後までお読みいただき、ありがとうございました。
等加速度運動について学ぼう! 前回までの記事 で、等速運動について学びました。今回は、その発展で「等加速度運動」について学んでいきます!等加速度運動の公式をシミュレーターを用いて解説していきます! 等加速度運動の定義 等加速度運動は以下のような運動のことを言います。 加速度が一定となる運動 加速度が、時間が経過しても一定となるのが等加速度運動です。加速度が一定なので、速度は時間が経つごとに↓のように増加していきます。 等加速度運動の位置を求める公式 \(v \displaystyle= v_0 + a_0*t \) * \(t=経過時間, a_0=加速度, v=位置, v_0=初速 \) 1秒ごとに加速度だけ速度が加算されるため、↑のような式になります。時間が経つと、直線的に速度が上昇していくわけですね。 この公式、何かに似ていますよね。実は、 等速運動の位置を求める公式と全く同じ形をしています 。ここからも、「速度→位置」の関係は「加速度→速度」の関係と同じことが分かります。 等加速度運動の公式 等加速度運動の場合、↓の式で位置xが計算可能です。 等速運動時の変位 \(x \displaystyle= x_0 + v_0*t + \frac{1}{2}a_0*t^2 \) * \(t=経過時間, x=変位, v_0=初速\) \(x_0=初期位置, x=位置\) ↑とは違ってやや難しい式となっていますね。これについては、↓のシミュレーターを用いてこうなる理由を説明していきます! シミュレーターで「等加速度運動」の意味を理解しよう! 等加速度直線運動公式 意味. それでは上記の式の意味を、シミュレーターを使って確認してみましょう! 初速, 加速度をスライドバーで設定して、実行を押すとボールが等速運動で動き始めます。 ↓グラフで位置, 速度, 加速度がリアルタイムで表示されるので、どのような変化をするか確認してみましょう。 (↓の再生速度で時間の経過を遅くしたり、早くした理出来ます) 経過時間: 0. 0 秒 グラフ表示項目 位置 速度 加速度 「等加速度運動」に関する重要なポイント 上のシミュレーターを使うと、 等速運動 と同様に以下のようなことが分かります! 重要ポイント1:等加速度運動では、位置は二次曲線のように増加していく これは↓の公式から当たり前ですね。\(t^2\)の項があるので、ボールの位置は二次曲線のように加速度的に変化していきます。 ↓加速度的に位置が変化していく 重要ポイント2:加速度グラフで増加した面積だけ、速度は変動する!
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