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。

どのくらい速い？速さは距離を時間で割ったものです

速さは「どのくらい速いか」を表します。平均の速さは、移動距離をかかった時間で割ったものです。100 mを12.5 sで走る短距離走者の平均の速さは、100 ÷ 12.5 = 8 m/sです。ただし、ずっと正確に8 m/sで動いていたわけではありません。静止した状態から加速し、最後には少し減速したかもしれません。平均は、その変化をならして一つの数値にしたものです。

車の速度計に表示される速さはこれとは違い、ある瞬間の速さ、つまり瞬間の速さです。たとえば百分の一秒という、ごく短い時間に進んだ距離を測って時間で割れば、瞬間の速さが求められます。警察の速度測定器やスマートフォンのGPSアプリも、これに近い方法を使っています。

速度には向きも含まれます

速度は、速さに向きを加えたものです。平均の速度は変位を時間で割り、v = Δx ÷ Δtと表します。変位を使うため、往復した場合には平均の速さが大きくても、平均の速度はゼロです。自転車で6 km先まで行き、6 km戻るのに一時間かかった場合、平均の速さは12 km/h、平均の速度は0 km/hです。直線に沿って同じ向きに動くときは、平均の速さと平均の速度の大きさは同じです。道が曲がったり引き返したりすると、両者は異なることがあります。瞬間の速さは、常に瞬間の速度の大きさです。

車がラウンドアバウトを一定の30 km/hで回る場合、速さは一定ですが、向きが変わり続けるので速度は変化します。この違いは後で大切になります。時間に対する速度の変化率を加速度と呼ぶため、一定の速さで曲がる車にも加速度があるのです。

単位：メートル毎秒とキロメートル毎時

物理ではメートル毎秒（m/s）を使います。道路標識ではキロメートル毎時（km/h）やマイル毎時を使います。換算には、1 km = 1,000 mと1 h = 3,600 sを思い出しましょう。したがって、1 m/s = 3,600 m毎時 = 3.6 km/hです。m/sを3.6倍するとkm/hになり、km/hを3.6で割るとm/sになります。時速90 kmの車は、90 ÷ 3.6 = 25 m/sで進みます。20 °Cの空気中を伝わる音の速さは約343 m/sで、およそ1,235 km/hです。

実際の移動には速い区間と遅い区間が混ざるため、平均だけでは見えないこともあります。30 kmを60 km/hで進み、続く30 kmを30 km/hで進むとしましょう。前半に三十分、後半に一時間かかるので、60 kmに1.5時間かかり、平均の速さは40 km/hです。二つの速さを平均して予想しがちな45 km/hではありません。遅い区間に長い時間を費やすため、その影響が大きいのです。必ず移動距離の合計を時間の合計で割りましょう。

v = d ÷ tの三つの使い方

同じ関係式で三種類の問題に答えられます。速さはv = d ÷ tです。距離はd = v × tなので、50 m/sの列車は一分で50 × 60 = 3,000 m進みます。時間はt = d ÷ vなので、1,500 mを1.25 m/sで歩くには1,200 s、つまり20分かかります。掛け算や割り算の前に、キロメートルと時間、メートルと秒のように、単位がそろっているか必ず確かめましょう。