物理

様々な運動

力学を平面・空間の運動、回転、振動、万有引力にまで広げる、理系物理の中心となる単元です。

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この単元のトピック一覧

• 平面内の運動とベクトル 位置・速度・加速度を矢印(ベクトル)として捉え直し、平面上を運動する物体をx成分とy成分に分けて考える方法を学びます。
• 相対速度 観測者自身が動いているときに、他の物体がどのような速度で動いて見えるかを表す「相対速度」の考え方と、ベクトルを使った求め方を学びます。
• 放物運動 斜め方向に投げ出された物体の運動を、水平方向(等速)と鉛直方向(自由落下と同じ加速度)に分けて考え、軌道や到達距離の公式を導きます。
• 剛体にはたらく力のつり合い 大きさをもつ物体(剛体)がつり合っているためには、力の合計が0になることに加えて、回転させようとするはたらきの合計も0でなければならないことを学びます。
• 力のモーメントと重心 物体を回転させようとするはたらきである力のモーメントを「力の大きさ×腕の長さ」として定義し、重心の考え方とあわせて剛体のつり合いを具体的に計算する方法を学びます。
• 運動量と力積 運動の勢いを表す運動量と、力がその勢いをどれだけ変化させたかを表す力積を定義し、力積と運動量の変化の関係を学びます。
• 運動量保存則と衝突 外から力を受けない物体どうしでは運動量の合計が変化しないという運動量保存則を学び、衝突の前後の速度を反発係数とあわせて求める方法を身につけます。
• 等速円運動 円周上を一定の速さで回り続ける等速円運動を、角速度を使って記述し、速さ一定でも向きが変わり続けるために生じる向心加速度・向心力を学びます。
• 慣性力と遠心力 加速している乗り物の中など、加速度をもつ観測者から見たときにだけ現れる見かけの力である慣性力を学び、円運動の場合の特別な慣性力である遠心力を理解します。
• 単振動(ばね振り子・単振り子) 一定の周期でくり返し振動する単振動を、円運動と関連づけて$x=A\sin(\omega t)$の形で表し、ばね振り子と単振り子の周期の公式を学びます。
• 万有引力とケプラーの法則 すべての物体が互いに引き合う万有引力の法則を学び、惑星の運動を支配するケプラーの3つの法則、特に周期と軌道半径の関係を円軌道の場合について導きます。