理科ラボ

物理基礎|運動の表し方(1)速度と変位

「どれだけ動いたか」と「どこへ動いたか」を分けて考える

中学では「速さ=道のり÷時間」でした。高校の物理では、これに「向き」をつけて考えます。中学のふり返りから始めて、変位・符号・x–tグラフ・相対速度を、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

    中学で習った「速さ」から

    予想:8 m の道のりを 4 秒で歩いた。速さは?(中学で習った「速さ = 道のり ÷ 時間」)

    東(右)を+の向きと決める。x は位置 [m]、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
    変位Δx = x2 − x1終わりの位置 − はじめの位置Δ(デルタ)は「変化」の意味。単位 m。負なら逆向き(西)
    平均の速度v = Δx / Δt変位 ÷ かかった時間中学の「道のり ÷ 時間」に向きをつけたもの。単位 m/s。x–tグラフの傾き
    相対速度vAB = vB − vA相手の速度 − 自分の速度A(自分)から見た B(相手)の速度。「自分」の方を引く

    速さは「大きさ」だけ。速度は「大きさ+向き」。一直線上の運動では、向きを +・− の符号で表す。

    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速さを自由に変えて、テープとグラフの形を比べよう →

    実験のあとに読む

    なぜ「向き」をつけて考えるのか

    何を比べる?

    中学の「速さ」と高校の「速度」で、何が増えたか(向き)を比べます。東へ5 m進んで西へ3 mもどったときの移動距離(8 m)と変位(東へ2 m)を比べます。

    結果をどう考える?

    位置の変化だけを問題にするなら、途中の道のりは関係ありません。「向き」を +・− の符号で表しておくと、変位・速度・加速度・力を、すべて同じ約束(最初に+の向きを決める)で扱えます。中学の「速さ」をすてるのではなく、「向き」の情報を足している、と考えると分かりやすいです。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    速さが同じでも、向きがちがえば速度はちがいます。相対速度は「相手の速度 − 自分の速度」で、引く順番をまちがえると向きが逆になります。

    制作:現役の理科教員 / 制作の考え方