物理基礎ですら重要ポイントはある。

みなさん、こんにちは。インターンシップ生の塚原大貴です。

今回から高校物理における重要なポイントについて説明と解説をしていきたいと思います。

塾講師として様々な生徒に物理を教えてきたので、生徒がよく間違えていたり、勘違いをしていたりするところをポイントとして抑えていきたいです。

第一回は物理というより、物理基礎の力学の前半についてお話ししたいと思います。

最初によく勘違いしやすいのが相対速度です。相対速度は簡単に言えば自身と相手との速度差のことであるのですが、厳密には動く物体自身から他の動く物体を観測したときの他の物体の速度のことを指します。そのため、観測者を二物体間のどちらに置くかで導出方法と計算結果が変わってきます。また、相対速度はベクトルでの導出であり、結果に向きが備わってくることにも注意しましょう。

次に等加速度直線運動です。等加速度直線運動と言えば公式でしょう。速度についての式と位置のついての式はたいていの生徒は覚えています。ですが、第三式である速度の二乗の差の式から距離または加速度を求める式の存在を忘れる生徒はとても多くいます。第三式を使うような問題はそう多くないため、使わないうちに忘れてしまうという事が多くあります。しかし第三式はとても重要です。なぜなら、時間の変数tが一切含まれていないからです。つまり、初速度と速度の値に加え加速度がわかっていれば距離を求めることができ、逆に位置がわかっていれば加速度がわかるということなのです。このおかげで時刻を求める手間を省くことができます。第三式は、第一式と第二式を連立して解くことで求められるので、わからなくなったときは覚えている第一式と第二式を連立して導出できるようにしておくことをお勧めします。

最後に物体の落下運動についてです。自由落下、鉛直投射は加速度の向きが常に一定なので、式もシンプルになり、そこまで難しくありません。しかし、水平投射と斜方投射は運動の向きが刻一刻と変わっていくので運動の向きを分解して求めなければなりません。分解したときに、水平方向の運動は等速直線運動であり、鉛直方向の運動は自由落下及び鉛直投射になりますが、こうなることがわかっていない生徒は多くいます。よくあるのが、水平方向がなぜ等速直線運動になるのかです。これに関してはシンプルに考えればわかるのですが、水平方向には“一切加速度がかかっていない”からです。水平投射にしても斜方投射にしても、その場においてかかっている加速度は重力加速度のみであり、しかも向きは鉛直下向きなのです。つまり、鉛直方向には重力加速度が下にかかっているために等加速度直線運動の要素が加味されるのに対して水平方向は、打ち出されてから何の影響も受けません。したがって等速直線運動が維持されるのです。斜方投射はこれに加えて三角関数の要素が加わってきます。力の向きと角度の関係に注意して解くことが重要です。いずれにせよ、水平投射と斜方投射は重力加速度の向きに注意して、運動を分解することが大切になってきます。

今回は物理基礎の力学(前半)の重要ポイントについてまとめました。次回は物理基礎の力学(後半)についてまとめてみたいと思います

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