速度・速さ・加速度の基本|速度と速さの違いとは?【物理基礎(力学)】

物理を学ぶ高校1年生「高校の物理(基礎)をゼロから学習したいです!教科書や学校の授業よりもわかりやすく、速度・速さ・加速度について教えてください!

 

この記事では、こんな疑問を解決しています。

 

 

  • 本日の授業テーマ
速度・速さ・加速度の基本【物理基礎(力学)】

 

  • 本日の授業内容
  1. 速度の定義と考え方
  2. 加速度の定義と考え方
  3. 速度と加速度のまとめ

※リンクをクリックすれば各項目へジャンプできます

 

この記事では「教科書よりもわかりやすい物理解説」をコンセプトに、高校物理を「基本のキ」から解説しています。

学校の授業で理解できなかったことを、ぜひこの記事で学び直してみて下さい!

 

それでは、レッツゴーッ!

 

この記事を書いたのは誰?

この記事を書いている私は、受験指導歴8年の現役塾講師です。

出身は岩手県で、立命館大学に進学・卒業した後、大手塾講師として200人以上の中高生の勉強相談に答えてきました。

速度の定義と考え方|物理基礎(力学)

 

速度とは「速さ」に「向き」を加えたもの(量)のコト。

物体が直線上を移動するとき、この「向き」の違いを表すためには「+」と「-」を利用します。

 

 

高校物理では「向き」という考え方が非常に重要でして。

物体の運動方向が「正(+)」なのか「負(-)」なのかを、問題文や図から意識的に読み取るクセをつけておくと良きですよ。

 

では改めて、速度の定義を確認しましょう。

 

速度の定義

変位前の物体の位置を$ \, x_1 \, $、$t \, $秒後の物体の位置を$ \, x_2 \, $とすると

速度$ \, v \, $は

$$v=\frac{x_2 \, - \, x_1}{t_2 \, - \, t_1} \, [m/s]$$

「後」-「前」の変化を表す記号$Δ$ を使って表すと

$$\boldsymbol{v=\frac{Δx}{Δt} \, [m/s]}$$

 

やや堅苦しいですが、やっていることはカンタンでして

  1. $t \, $秒間で物体が移動した距離※を求める($x_2 \, - \, x_1$)
  2. それを$ \, t \, $で割る
  3. すると「1秒間で物体が進んだ距離※(速度)」が分かる

 

注意が必要なのはやはり「向き」の考え方です。

先ほどから「距離」という言葉を使用していますが、より正しい表現は「変位」でして。

 

例えば、高校物理では$ \, x_2 \, $が、必ずしも$ \, x_1 \, $より前(正)にあるとは限りません。

上の画像の場合、物体が5秒間で移動した変位$ \, Δx \, $ は

$$Δx=x_2 \, - \, x_1$$

$$=-5 \, - \, 5$$

よって、物体の速度は

$$v=\frac{-10 \, [m]}{5 \, [s]}$$

$$=-2 \, [m/s]$$

 

  • 移動距離は$ \, \boldsymbol{10} \, $
  • 変位は$ \, \boldsymbol{-10} \, $←「向き」の考え方

※変位の符号が、そのまま速度の符号になる。

 

「向き」の考え方に慣れないうちは、「速さ」だけを求めて解けた気になりがちです。

x軸の左右どちらが「正」で物体はどちらに移動しているのかを、しっかりと意識して挑みましょう!

 

加速度の定義と考え方|物理基礎(力学)

 

加速度とは「単位時間あたりの速度の変化」のコト。

もっとカンタンにいうと「1秒間に物体の速度がどれくらい変化するのか?」を表す量です。

 

加速度の定義

変位前の物体の速度を$ \, v_1 \, $、$ \, t \, $秒後の物体の速度を$ \, v_2 \, $とすると

加速度$ \, a \, $ は

$$a=\frac{v_2 \, - \, v_1}{t_2 \, - \, t_1} \, [m/s^2]$$

「後」-「前」の変化を表す記号$Δ$ を使って表すと

$$\boldsymbol{a=\frac{Δv}{Δt} \, [m/s^2]}$$

 

加速度の場合も、やっていることはカンタンでして

  1. $ \, t \, $秒間における物体の速度の変化を求める($v_2 \, - \, v_1$)
  2. それを$ \, t \, $で割る
  3. すると「1秒間の物体の速度の変化(加速度)」が分かる

 

たとえば、静止していた物体の速度が5秒間で$ \, v=10m/s \, $まで増加したとします。

静止している物体の速度は$ \, 0m/s \, $なので、$ \, t \,$秒間の速度変化は

$$Δv=10-0$$

よって、物体の加速度は

$$a=\frac{10 \, [m/s]}{5 \, [s]}$$

$$=2 \, [m/s^2]$$

 

速度と加速度のまとめ

速度と加速度の違い
  • 速度・・・物体の位置が、1秒間でどれくらい変化するかを表す量
  • 加速度・・・物体の速度が、1秒間でどれくらい変化するかを表す量

 

速度と加速度の違いを明確に意識しておけば、「加速度は$ー$だけど速度は$+$」といった状況にも、問題なく対応できるはず。

     

    以上が、高校物理における「速度」と「加速度」の基本についての説明です。

    ここまでお疲れさまでした!

     

    さて、次の記事では「等加速度直線運動」について学んでいきます。

    等加速度直線運動は、カンタンにいうと「速度を増しながら移動する物体の運動」のコト。

     

    高校物理(力学)を学ぶうえで、最も多用する「重要な公式」を3つ紹介・解説しています。

    10分ほど空き時間があるなら、ぜひ目を通してみてください!

     

     

    てのひら先生

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