物理基礎　力学２　変位と速度

どうも、やまとです。

物理を学んでいると、どうしても細かい用語の違いが出てきます。しかし、それをいい加減に扱っていると解ける問題も解けなくなってしまいます。まずは言葉の定義をしっかり押さえ、正しく使えるようになりましょう。

まずは「変位」です。聞き慣れない言葉ですね？でも、私たちが使っている漢字は文字そのものに意味があるので、わからない言葉も予想ができます。「変位」とは「位置の変化量」のことです。

上の図は、「移動距離」と「変位」の違いについて説明した図です。「移動距離」は物体が移動した総距離であるのに対し、「変位」で重要なのはは初めと終わりの位置情報だけです。初めと終わりを比べて、「どの向きに、どれだけ移動したのか」を定めるのが「変位」です。

数学的には「移動距離」はスカラー、「変位」はベクトルという違いがあります。おそらく、物理基礎を学び始めた皆さんは数学でベクトルの分野を学んでいないと思いますが、大きさだけで考えるのがスカラー、大きさと向きを考えるのがベクトルと思っておけばいいです。

同じように「速度」と「速さ」にも違いがあります。日常生活でこれらを区別する人はいませんね？でも、物理では区別するのです。「速度」はベクトル、「速さ」はスカラーです。数式の中で向きを表すためには軸を設定してプラス・マイナスで表現します。

変化量を計算するときは「初めから終わりを引く」が鉄則です。そうすれば負の向きに進んでいるときは、ちゃんとマイナスの値が出てくるでしょ？図の下のパターンです！

「速さ」はスカラー量なので、数学では絶対値で表します。図の「速さ」はどちらも20ｍ/sですね。

速度には「合成」や「分解」という考え方があります。速度を合成したいときは、動く物体の中で動くものを、外部から見るときです。例としてよく出てくるのは、川の流れの中で動く船のような問題です。川の流れに沿って動く船と流れに逆らって動く船の計算は、図のようにします。ポイントは引き算をしないということです。正の向きを定め、その逆向きをマイナスで表現することで、「マイナスの量を足す」という演算をしてあげると、向きと大きさを矛盾なく計算することができます。分解については、また別の記事で…