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運動

位置、速さ、速度、加速度を学び、落下や投射へ進みます。運動実験室では地球、月、火星でボールを発射し、動きを見ながら時間、高さ、飛距離を確かめられます。

進み具合

このコースについて

1603年ごろ、ガリレオは落下を調べようとしましたが、落とした球は当時の時計で測るには速すぎました。1638年の『新科学対話』で発表した解決法は、重力による運動を遅くすることでした。緩く傾けた長く滑らかな木の溝に青銅の球を転がし、自分の説明によれば、その間に大きな容器からコップへ水を流し、重さを測りました。等しい時間ごとに進む距離の比は1 : 3 : 5 : 7で、総距離は時間の2乗の1、4、9、16と増えました。これがd = ½ a t²で、板と1杯の水から見つかった式です。

7つの単元は位置、道のり、変位から始まります。400 mトラックを1周すると、道のりは400 m、変位は0です。速さと速度、加速度へ進みます。運動グラフの読み方では、線が急なほど速いと捉えます。自由落下では1971年8月2日のアポロ15号を取り上げます。船長デイヴィッド・スコットが質量1.32 kgのアルミニウム製ハンマーと0.03 kgの羽根を高さ約1.6 mから放すと、同時に月の砂に着きました。投射運動では20 m/s、45°で投げた球が2.9秒飛び、約41 m先に着きます。最後に空気抵抗を加えると、真空なら92 m先へ届く球がモデルでは約60 m先に落ちます。運動の実験室は地球、月、火星で球を発射し、時間、高さ、飛距離を求め、空気なしの軌道を灰色の線で示します。

はじめる前に

距離は速さ × 時間のような簡単な式を使い、あとで放物運動のための2乗と角度を使います。一次方程式に慣れ、直線のグラフの直線を読めると役立ちます。運動のグラフの単元では傾きを速さとして扱うからです。

終わったら

距離と変位、速さと速度を区別し、速さの変化から加速度を求め、位置と時間、速度と時間のグラフを、その下の面積も含めて読めるようになります。落とした石が2秒間にどれだけ落ちるか、45° で投げたボールの飛距離、月でハンマーと羽根が同時に落ちた理由も求められます。

  1. 1位置・移動距離・変位400 mのトラックを一周すると、移動距離は400 mですが、変位はゼロです。
  2. 2速さと速度時速90 kmの車は、毎秒25メートル、バス約二台分の長さを進みます。
  3. 3加速度0から100 km/hまで10秒で加速する車は、1秒ごとに速さが約2.8 m/sずつ増します。
  4. 4運動のグラフを読む位置と時間のグラフでは、水平な線は静止を表し、傾きが急なほど速く動いています。
  5. 5自由落下1971年、宇宙飛行士が月でハンマーと羽根を落とすと、二つは同時に地面に着きました。
  6. 6投射運動球を20 m/s、45°で投げると、2.9秒間飛び、約41 m先に着地します。
  7. 7空気抵抗と終端速度球を30 m/s、45°で投げると、真空中なら92 m先に着きますが、空気抵抗を受けるこのモデルの球は約60 m先に着きます。

関連するコース

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このコースの出典 (12)
  • OpenStax College Physics 2e, chapters 2 (Kinematics)
  • 3.4 (Projectile motion)
  • 5.2 (Drag forces) (openstax.org/books/college-physics-2e)
  • NIST CODATA standard acceleration of gravity g_n = 9.80665 m/s² exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?gn)
  • NASA Moon Fact Sheet (surface gravity 1.62 m/s², nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/moonfact.html)
  • NASA Mars Fact Sheet (3.69 m/s² equator, 3.73 m/s² pole, surface air density about 0.016 kg/m³, nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/marsfact.html)
  • NASA, The Apollo 15 Hammer-Feather Drop (science.nasa.gov/resource/the-apollo-15-hammer-feather-drop, quoting NASA SP-289)
  • Galileo, Two New Sciences (1638)
  • inclined-plane account via PBS LearningMedia/NOVA "Galileo's Inclined Plane"
  • long-jump take-off angle about 21°: Linthorne, Guzman and Bridgett, Journal of Sports Sciences 23(7)
  • 2005, and Linthorne, Biomechanics of the long jump
  • OpenStax College Physics 2e 17.2 (sound 343 m/s at 20 °C).

確認日: 2026-10-17