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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。
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
- $t \, $秒間で物体が移動した距離※を求める（$x_2 \, - \, x_1$）
- それを$ \, t \, $で割る
- すると「1秒間で物体が進んだ距離※（速度）」が分かる
注意が必要なのはやはり「向き」の考え方です。
先ほどから「距離」という言葉を使用していますが、より正しい表現は「変位」でして。
例えば、高校物理では$ \, 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} \, $←「向き」の考え方
※変位の符号が、そのまま速度の符号になる。
「向き」の考え方に慣れないうちは、「速さ」だけを求めて解けた気になりがちです。
x軸の左右どちらが「正」で物体はどちらに移動しているのかを、しっかりと意識して挑みましょう！
加速度の定義と考え方｜物理基礎（力学）
加速度とは「単位時間あたりの速度の変化」のコト。
もっとカンタンにいうと「1秒間に物体の速度がどれくらい変化するのか？」を表す量です。
変位前の物体の速度を$ \, 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
- $ \, t \, $秒間における物体の速度の変化を求める（$v_2 \, - \, v_1$）
- それを$ \, t \, $で割る
- すると「1秒間の物体の速度の変化（加速度）」が分かる
たとえば、静止していた物体の速度が5秒間で$ \, 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・・・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！
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