理科ラボ

物理基礎｜力と運動（2）運動の法則

力は「速さ」ではなく「速さの変化」を決める

力がつりあっていないとき、物体は加速します。中学の「力を加え続けると速くなる」のふり返りから始めて、運動方程式 ma ＝ F、質量との関係、摩擦があるときの合力、まちがえやすい「一定の速さ」の場合まで、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

    力を加え続けると、速さは？

    予想：なめらかな床の上の台車を、同じ大きさの力で引き続けた。台車の速さは？

    右（進む向き）を＋の向きとする。矢印は力（青＝引く・押す力、赤＝摩擦力）。

    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
    運動方程式ma = F質量 × 加速度 ＝ 合力m：質量 [kg]、a：加速度 [m/s²]、F：合力 [N]
    加速度a = F / m加速度 ＝ 合力 ÷ 質量力が 2 倍なら加速度も 2 倍。質量が 2 倍なら加速度は半分
    摩擦があるときma = F − f質量 × 加速度 ＝ 引く力 − 摩擦力合力 ＝ 引く力 − 摩擦力（進む向きを＋）。合力 0 なら加速しない

    F は「合力」。力が 1 つしかなければその力、複数あれば向きを考えて足し引きした合計。

    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：慣性の実験力がはたらかないときの運動を、台車で確かめよう →

    実験のあとに読む

    なぜ「力＝速さ」ではなく「力＝加速度」なのか

    何を比べる？

    同じ質量で引く力を 1〜8 N に変えたときの加速度、同じ力で質量を 1〜4 kg に変えたときの加速度、摩擦力を 0〜10 N に変えたときの加速度、一定の速さで押す力を変えたときの摩擦力を比べます。

    結果をどう考える？

    力を加え続けると、速さは一定ではなく、どんどん増えていきます。つまり力は「速さ」ではなく「速さの変化（加速度）」を決めています。実験で、加速度が力に比例し、質量に反比例することがわかり、これを ma = F と書きます。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    摩擦のある床で一定の速さで押しているとき、「押す力の方が摩擦力より大きい」と考えがちですが、等速なら合力は 0 なので、押す力と摩擦力は等しいです。「動いている ＝ 力が大きい」ではありません。

    制作：現役の理科教員 ／ 制作の考え方