理科ラボ

物理基礎|運動の表し方(2)等加速度直線運動

速度が「1 秒にどれだけ変わるか」で、運動がわかる

速度が一定の割合で変わる運動が「等加速度直線運動」です。「1 秒に何 m/s 増えるか」(加速度)から始めて、式 v = v₀ + at を自分で作り、v–tグラフの面積で進んだ距離を求めるところまで、予想してから5つのステップで確かめよう。計算は「式 → 数を入れる → 答え」の順に出ます。

ことばの準備

さきに知っておくこと

    ステップ1

    「加速度」ってなに?

    予想:台車の速度が、はじめ 2 m/s で、4 秒後に 6 m/s になった。1 秒あたり、速度は何 m/s ずつ増えた?

    右(進む向き)を+の向きとする。v は速度 [m/s]、a は加速度 [m/s²]、t は時間 [s]。

    予想を選ぶと、ここで条件を変えられるようになります。

    公式

    この単元の式

    名前式ことばで言うと・単位
    加速度a = Δv / Δt速度の変化 ÷ かかった時間「1 秒あたりの速度の変化」。単位 m/s²。v–tグラフの傾き
    速度v = v0 + atあとの速度 = はじめの速度 + 増えた分増えた分 = 1 秒あたりの増え方 a × 秒数 t。単位 m/s
    変位x = v0t + ½at2進んだ距離 = 長方形 + 三角形v–tグラフの下の面積。長方形 v₀t(ずっと v₀ の分)+ 三角形 ½at²(速くなった分)。単位 m
    時間を消した式v2 − v02 = 2ax時間がわからないときの式上の 2 つの式から t を消したもの。「速度と距離」だけがわかっているときに使う

    どの式も「1 秒あたり a ずつ変わる」から出てくる。式を丸暗記するより、v–tグラフの「傾き」と「面積」で思い出す。

    重要語句

    この単元でおさえること

    確認問題へ問題ページへ →実験道具:車の運動と記録タイマー坂の角度や摩擦を変えて、テープのグラフから加速度を読み取ろう →

    実験のあとに読む

    なぜ「傾き」と「面積」で運動がわかるのか

    何を比べる?

    加速度を 0・1・2 m/s² に変えたときの、1 秒ごとの速度の増え方と、v–tグラフの傾きを比べます。同じ加速度で走る時間を変えたときの、面積(進んだ距離)の増え方を比べます。

    結果をどう考える?

    加速度が一定なら、速度は毎秒同じだけ増えるので、v–tグラフは直線になります。直線の傾きが「1 秒あたりの増え方」=加速度です。進んだ距離は「速度 × 時間」ですが、速度が変わっていくので、グラフを細かく区切って「速度 × 短い時間」を足し合わせる、と考えると、それはグラフの下の面積になります。だから面積 = 進んだ距離です。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    「加速度が負」は「遅くなる」とは限りません。−の向きに動いている物体に−の加速度がはたらくと、−の向きにどんどん速くなります。速くなるか遅くなるかは「加速度と速度の向きが同じか逆か」で決まります。

    制作:現役の理科教員 / 制作の考え方