等速直線運動の条件とグラフを理解しよう!

等速直線運動ってどんな運動?

カーリングは重たいストーンを氷の上を滑らせて、得点を競う競技です。氷上のチェスともいわれる知的な競技です。カーリングのストーンは氷の上を進んでいきます。

カーリングのストーンのように物体がまっすぐ進んでいるときの運動を等速直線運動といいます。

等速直線運動の条件は一直線上同じ速さで進み続けていることです。

カーリングを氷ではない地面で行おうとしてもできません。理由は摩擦があって、ストーンがすぐに止まってしまうからです。これは等速直線運動ではないです。実際氷の上にも摩擦があるため、ストーンが等速直線運動をしているかというとそうではありません。

 

等速直線運動をするためには、運動する物体が外から力を受けていない状態である必要があります。氷の上でも小さいですが、摩擦力がはたらいているので、ストーンの速さは時間とともに減少していき、いずれ止まります。地球上では、空気抵抗や摩擦力がはたらくので、力を受けない状態をつくることはほとんど不可能です。

力を受けていない状態をつくれる場所は宇宙です。宇宙に空気はないですからね。

一度ガスの力で宇宙に飛ばしたロケットは、外から力を受けず等速直線運動をし続けます

等速直線運動のグラフを考えよう

水平な摩擦のない面に台車を手で押して、その運動を記録タイマーで測定します。

記録テープを5打点ごとに切ると、すべて同じ長さになります。

つまり、時間が変化しても、台車の速さは常に同じということです。

結果をグラフにすると下のようになります。

左のグラフは縦軸に速さ、横軸に時間が示してあります。等速直線運動は速さが一定なので、横に一直線のグラフ(y=速さ)になります

右のグラフは縦軸に移動距離を示しています。例えば、1秒で1㎝台車が進んだとすると、1秒後に1㎝、2秒後に2㎝、3秒後に3㎝の場所に台車があるので、比例のグラフになります。

移動距離は速さ×時間で表されるので、左のグラフの面積を移動距離として考えることができます。

ただ、実際は摩擦力がはたらくので、速さは減少していきます。

地球上で等速直線運動が起こるには?

等速直線運動は外から力を受けていないロケットのような物体でみることができました。

しかし、地球上でも等速直線運動をつくることはできます。例えば、真っ直ぐな道を時速60㎞で走り続ける車は等速直線運動をしていると言えます。

なぜ、車は等速直線運動をすることができるのでしょうか?

それは、エンジンの力がはたらいているからです。物体に力が加わると運動の速さは大きくなりましたが、車にはエンジンの力と空気抵抗&地面との摩擦がはたらいています。

この2つの力がつり合っているから、2つの力は打ち消し合って外から力を受けていないのと同じ状態になっているわけです。

カーリングのストーンも重力と地面からの垂直抗力がつり合ってますもんね。

まとめ

外から力を受けていない物体等速直線運動をし続ける

等速直線運動は時間と移動距離が比例の関係にある

物体にはたらく力がつり合っている時も等速直線運動する

中3 物理
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プロフィール
ゆうしろ

私立中・高一貫校の現役理科教員です。
専門は生物学で、中学・高校理科の教員免許を持っています。
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