高校物理をやさしく解説するブログ

高校物理をやさしく解説するブログです。説明は全てテキスト中心にまとめております。図はたまにありますが基本的に想像力を働かせて読んでください。「読んで」物理のイメージを作りましょう。

    著書『力学の基礎』はこちらです。
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    堀口塾

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    タグ:ガッチリ物理

    ブログの目次です。リンク更新中!

    高校物理(力学、波動、熱、電気、磁気、原子) 目次

    (リンク部分をクリックしてください)

    【力学】

    第1章 速度と加速度

    1.速さと速度
    速さと速度
    平均の速さと瞬間の速さ
    速度の合成と分解
    相対速度

    2.等速直線運動
    等速直線運動
    v-tグラフ
    変位とは

    3.等加速度運動
    加速度とは?
    加速度の正負
    等加速度直線運動の3公式
    等加速度運動のグラフ

    v=v0+atのイメージ
    等速度運動と等加速度運動のまとめ

    4.重力による運動(落体の運動)
    重力加速度
    自由落下
    鉛直投げ下ろし
    鉛直投げ上げ
    鉛直投げ上げ その2

    落下運動の問題を解こう!

    水平投射
    斜方投射

    第2章 運動の法則

    1.物体に働く力
    物理によく出てくる重要な力
     重力
     摩擦力
     空気抵抗
     浮力
     ばね定数
     ばねの弾性力

    力のつり合い
    物体に働く力の見つけ方

    力の合成と分解
     力の合成
     力の分解

    いろいろな力
    圧力
    浮力
    空気抵抗

    2.剛体のつり合い
    剛体とは?
    剛体のつり合い
    力のモーメント
    重心

    3.運動の法則
    慣性の法則(第1法則)
    運動の法則(第2法則)
    作用反作用の法則(第3法則)

    ニュートンの運動の3法則

    運動は大地を基準として考えよう  

    4.運動方程式
    運動方程式とは?
    運動方程式の注意点
    運動方程式の立て方

    第3章 エネルギー

    1.仕事とエネルギー
    仕事とは?
    仕事とエネルギー
    運動エネルギー
    重力による位置エネルギー
    弾性力による位置エネルギー

    仕事と運動エネルギーの関係(ΔK=W)

    2.力学的エネルギー
    力学的エネルギー保存の法則
    保存力と非保存力
    非保存力が働くときの力学的エネルギー(ΔE=W非)

    第4章 運動量保存の法則

    1.力積と運動量
    運動量と力積の関係
    力積とは?
    運動量とは?

    2.運動量保存の法則
    運動量保存の法則
    はね返り係数

    第5章 円運動と単振動

    1.円運動
    円運動の速度と角速度
    円運動の加速度
    円運動の運動方程式

    非等速円運動について

    2.万有引力
    ケプラーの法則
    第1法則
    第2法則
    第3法則

    ニュートンの万有引力の法則
    万有引力による位置エネルギー
    力学的エネルギー保存の法則

    3.単振動
    単振動の変位・速度・加速度
    復元力〜単振動に必要な力
    単振動のエネルギー
    単振り子

    つり合いの位置を基準とした
    力学的エネルギーの考え方


    4.慣性力
    慣性力とは?
    遠心力

    _SS500_1
    【高校物理 全範囲の目次】の続きを読む

    vtグラフ


    vtグラフ

    物体の運動に関する問題で
    よく出題されるのがvtグラフだ。

    このvtグラフの問題が出たら、
    式を立てて解くよりも、
    グラフの性質をうまく利用して、
    図から、ビジュアル的に
    簡単に解くようにしよう。 【等加速度運動の v-tグラフ 】の続きを読む

    重力加速度


    物体を高いところに持ち上げて自由落下させると、
    物体はどんどんスピードアップしていく。

    では、どのくらいの割合で
    スピードアップ(つまり、加速)していくか
    ということでそれを測定したら、
    1秒間に9.8m/s2ずつ加速していくことがわかった。

    つまり、

    落下運動の加速度は9.8〔m/s2〕

    ということである。

    【重要】
    重力加速度 g = 9.8〔m/s2〕
    向き:地球の中心方向

    ※重力は、
    地球の自転による遠心力が影響して
    各場所で異なります。

    しかし、その影響は微々たる物で、
    考えないものとします。
    (大抵はこの考え方です)

    重力が働くときの運動について
    特徴は次の通り。

    【重力加速度】の続きを読む

    1.等速度運動
    (1) 速さと速度について
    「速さ」と「速度」は同じ意味を示すものと思いがちだが、
    物理ではしっかりと区別して理解する。

    「速さ」と「速度」言葉は似ているが、速さと速度は同じものではない。
    別のものと考えよう。

    ‘韻限度で運動→等速度運動といえる○
    同じ速さでカーブを曲がる運動→等速度運動といえない×

    ,両豺臚韻限度で運動していると言える。△両豺腓脇韻限度で運動しているとは言えない。しかし,同じ速さで運動しているとは言える。その違いは何か?速度は「大きさ(速さ)と向き」の2つの量を示すものであるということである。それに対して速さは「大きさ」のみを表す量である。円運動している場合は,たとえ一定の速さである時速20kmで運動していたとしても,常に向きが変化している。つまり速さは一定だが速度は変化しているのだ。よって同じ速度で運動しているとは言えないのである。ということは,同じ速さで運動しても加速度は存在する?

    同じ速度で運動=等速度運動=等速直線運動
    等速度運動と等速直線運動は同じこと。等速度運動は同じ速さで真っ直ぐに運動することである。

    (2) 平均の速さと瞬間の速さ
    実は速さには2種類あって、「平均の速さ」と「瞬間の速さ」というものがある。例えば100m走の走者のタイムが12sの場合,走者の速さは100÷12≒8.3m/sと計算で求まっていても,それは平均の速さなのである。厳密にいうと走っている途中は,速くなったり遅くなったりしていて、速さは一定ではない。だから8.3m/sというのは「平均の速さ」ということになる。全ての距離をかかった時間で割れば平均の速さとなる。それに対して「瞬間の速さ」は,その瞬間瞬間の速さであるが,これを求める場合は、非常に短い時間Δtにおいて進んだ距離ΔsそのΔtで割ってあげればよい。

    いろいろなものの速さ
    歩行者1m/s
    自転車5m/s
    チーター30m/s
    新幹線80m/s
    ジェッ旅客機250m/s
    音(空気15℃)340m/s
    スペースシャトル7.7×10**3 m/s 
    地球の公転3.0×10**4 m/s 
    光(真空中)3.0×10**8m/s 【等速度運動と等加速度運動のまとめ】の続きを読む

    相対速度


    走っている人から車を見たら
    何m/sで見えるかな?

    走っている電車に乗っているときに、
    平行して走っている電車を見ると、
    相手がゆっくりと走っているように見える。

    実際はホームから見ると、
    両者の電車もかなりのスピードで
    走っているというのに。

    このような場合、
    走っている電車から、
    相手の電車を見たときの速度を
    相対速度という。

    では、例で考えてみましょう。
    【相対速度】の続きを読む

    先日、渋谷駅に行ったときのことです。

    埼京線から山手線への乗り換えのときに、
    埼京線から山手線へつながる通路に
    「動く歩道」がありました。

    そこで、早歩きすると、
    ものすごく速く移動できました。

    これは、地面にいる人から見て
    感じることですが、

    なぜ速く移動できるのでしょうか??

    まさに、これこそが速度の合成なのです。


    速度の合成

    速度v1とv2の合成はベクトル式でv1+v2となる。

    図で表すと、v1ベクトルとv2ベクトルを
    それぞれ辺とする平行四辺形(長方形も含まれる)の
    対角線の矢印が合成速度のベクトルとなる。

    速度の合成1


    よく使われる例が、川を渡る船の場合である。

    川の流れの速度をv1とし
    、船の静水時の速度をv2とした場合、
    この船が、川の中を進む場合、
    岸から見る速度が合成速度となり
    ベクトルの和としてv1+v2と求まる。

    速度の合成2


    川の流れの速度と船の速度が
    一致するなら和で求まり、
    逆向きなら船の速度であるv2が負なので
    計算は引き算となる。

    また、直角に川をわたる場合は、
    対岸よりも川下に船は流されてしまう。

    その方向はまさに、
    v1+v2のベクトルの方向で
    平行四辺形の対角線となる。

    次、速度の分解へ・・・ 【速度の合成と分解】の続きを読む

    image


    平均の速さと瞬間の速さ

    実は速さには2種類あって、

    「平均の速さ」



    「瞬間の速さ」

    というものがある。

    例えば、

    100m走の走者のタイムが12sの場合。

    走者の速さは
    100÷12≒8.3m/s
    と計算で求められますが、

    “走行中は、はたして、
    いつも8.3m/sという
    同じ速さなのか?”

    そうではないだろう。

    【平均の速さと瞬間の速さ】の続きを読む

    直線運動とそうでない運動


    (1) 速さと速度について
    「速さ」と「速度」は、似たような言葉で、
    同じ意味を示すものと思いがちだが、
    物理ではしっかりと区別して理解すること。

    「速さ」と「速度」言葉は似ているが、
    速さと速度は同じものではない。
    別のものと考えよう。

    では、「速さ」と「速度」の違いだが、
    次の ↓△留親阿砲弔い胴佑┐討澆襦

    ‘韻限さでまっすぐ運動している

    同じ速さでカーブを曲がる運動

    ,鉢△篭Δ
    同じ「速度」で運動している、
    と言えるかどうか?

    ・・・考えてみよう。 【速さと速度】の続きを読む

    ブログネタ
    ガッチリ物理 に参加中!
    物体が床から受ける力
    「垂直抗力」
    はよく出てきますよね。




    けど、この力って、

    とりあえず

    N

    とおく場合がほとんどですよね。

    いや、すべての場合かもしれませんが・・。
    【物体が床から受ける「垂直抗力」の性質をちゃんと知っておけ!!】の続きを読む

    万有引力による位置エネルギー

    質量M [kg] の地球の中心Oから
    r [m] の距離にある質量 m [kg] の
    物体がもつ万有引力による
    位置エネルギーU[J] は
    無限遠を基準にとって

    U = -GMm/r

    と表されます。

    地上においては、
    位置エネルギーはmghなんだが、
    地表から離れていくと、
    重力もmgではなくなり、
    だんだん弱くなってく。

    こういうときは、
    万有引力の出番。

    位置エネルギーは、
    万有引力による位置エネルギーを用いる。

    ただし、式はマイナスである。

    これはなぜかというと・・・
    【万有引力による位置エネルギー】の続きを読む

    今日は八王子での夏期講習の4日目。

    始まってしまえばほんと早いものですね〜。

    今日は、波動の講義はドップラー効果、
    ハイクラス、スタンダード力学の講義は、
    万有引力をやりました。

    万有引力の分野で、
    まず次の内容をざぁっと説明。

    ケプラーの法則
    ニュートンの万有引力の法則、
    地表の式
    力学的エネルギー保存の法則、

    これらは万有引力の分野を
    考える上で必須です。

    51VDVGSpw4L__SS500_
    詳しくはこちら⇒⇒力学の基礎 (これでわかった!) 【ガッチリ物理 学内予備校 夏期講習 4日目】の続きを読む

    今日で八王子での
    夏期講習は3日目。

    今日は朝から晴れて
    とても蒸し暑かったです。

    さて、
    本日の講義内容ですが、
    波動の講義は弦・気柱の振動を、
    ハイレベル、スタンダードは
    ともに円運動を説明しました。

    波動の講義では
    うなりの式の導出も説明しました。

    うなりというのは
    振動数の少し異なる
    二つのおんさを同時に鳴らすと、
    ウワ〜ンウワ〜ンと
    音が大きくなったり
    小さくなったりする現象。

    これは二つの波が重なり合って
    起こることなんだけど、
    振動数が違えば、
    始めお互い山でスタートしても
    だんだんずれてくる。

    しかし、
    ある時間が経つと、
    また二つの山が
    重なり合うタイミングが
    やってくる。

    このとき、
    うなりが一個作られる。

    この時間内に発した
    波の数は一個差ができていて、
    うなりが一個分作られます。

    二つの波が重なり合い、
    ちょうど1個のずれが発生する時間が
    うなりの周期であること。

    これが大切ですね。
    とにかく図でイメージできたかな?

    【ガッチリ物理 夏期講習 八王子編 3日目】の続きを読む

    今日はついに夏期講習6日目。

    ついにこの講習も
    ラストの日になってしまった。
    早いものです。

    (参考記事)
    タワー・オブ・テラーや釣りのお話 ガッチリ物理 夏期講習5日目 運動方程式その1
    ガッチリ物理 夏期講習4日目「力のはたらき」夏休み物理特訓講座
    夏期講習3日目 夏休み物理特訓講座 「重力場における運動」 終了!
    夏期講習2日目 夏休み物理特訓講座 等加速度運動 終了!
    夏期講習「夏休み物理特訓講座(物理基礎 力学範囲)」1日目終了

    ほとんどの生徒がみんな頑張って
    最終日まで受講しました。
    よく頑張りました。素晴らしい!!

    本日のテーマは運動方程式(2)
    ということで、応用編でした。

    かなり難しい問題をじっくりとやりました。

    最終日はスタミナは残っていないものですが、
    こちらはテンションが上がっています。

    IMGP0698

    ウインドサーフィンでもサーフィンでも、
    その日のコンディションがハードであって、
    限界まで体力を使えば、
    そこから、何ものにも代えがたい宝を
    授かるものである。 【ガッチリ物理 夏期講習6日目最終日、運動方程式応用編】の続きを読む

    早くも夏期講習4日目になってしまったが、
    みんな頑張って通ってます!

    今日のテーマは
    「力のはたらき」でした。

    主に物体に働く力の
    つり合いについて。

    今日は基本問題を集めたのだが、
    実は、これら基本問題から
    応用問題の考え方を学ぶ、という
    以下の狙いがあった。

    ・二段重ねの物体における摩擦力の考え方
    ・糸に働く力を描く
    ・つり合いの問題の考え方
    ・斜面の問題の座標軸の取り方について

    これらをじっくりと話した。

    授業中、私の雑談がキッカケで、
    秘密のイラストが出回る・・・
    というハップニングもあったが・・・ 【ガッチリ物理 夏期講習4日目「力のはたらき」夏休み物理特訓講座】の続きを読む

    力のモーメントについて
    考えていきましょう。

    押し合いでは力の強い人が勝つけれど、
    回転ならば、ちょいと頭を使えば、
    力の弱い人が強い人に勝てるゾ。

    ・・・こんなイメージを、まず持って欲しい。

    さてここで、
    天びんを考えましょう。

    −−−−−●−−−−−

    ●は中心軸、○はおもりです。

    左端に質量mのおもりをぶら下げると、
    棒は反時計回りに回転します。

    ↓○−−−−−●−−−−−↑

    これは、
    おもりをつるしたことによって、
    棒に反時計回りの回転の能力が
    生まれたといえます。

    今度は右端に質量mのおもりをぶら下げると、
    棒は時計回りに回転します。

    ↑−−−−−●−−−−−○↓

    これは、
    おもりをつるしたことによって、
    棒に時計回りの回転の能力が
    生まれたといえます。 【剛体にはたらく力のモーメントとは?】の続きを読む

    ドップラー効果は、 音源が音を発しながら動くと 生じる現象です。 ※観測者が動くことでも生じます たとえば、 救急車がサイレンを 鳴らしながら 走っているとしましょう。 このとき、救急車が 近づいてくるときと 離れていくときの音の高さは 違って聞こえます。 【ドップラー効果のイメージ】の続きを読む

    夏に神輿を担ぎました。
    だいたい20人くらいで担ぐんですけど、
    ひとりあたま一体どのくらいの力が
    必要なのか?と考えてしまった。

    さて、圧力の話です。

    10m2に働く力を10人で加えたとき。

      壁1m2 ・・|  1人分の力 ・・・ ← と、しましょう。

    壁は10個ありますから、10m2です。
    そこに力が10個働いていますから、
    10人分の力となります。
     
       |←
       |←
       |←
       |←
       |←
       |←
       |←
       |←
       |←
       |←


    「圧力」というのは、ただの力ではなく、
    単位面積当たりにはならく力
    つまり、1m2当たりの面積にはたらく力のことです。
    【気体の圧力 その1】の続きを読む

    力をF〔N〕、面積をS〔m^2〕とすると圧力P〔N/m^2〕は、

    P=F/S

    圧力の単位は
    〔N/m^2〕のかわりに
    〔Pa〕(パスカル)をもちいてもよいです。

    弱い力でも面積が小さければ影響は大きい。
    面積と力は密接に関係している。

    たとえば、注射が、
    いとも簡単に皮膚をつきぬけるのは、
    針がとんがっているからです。

    つまり、針の断面積が
    非常に小さいからです。
    蚊に刺される場合も同じですね。 【気体の圧力 その2】の続きを読む

    2.波動 目次

    2−1 波の性質
    2−2 音波
    2−3 光波

    2−1 波の性質

    2−1−1 波とは?
    波は進んでいる
    波待ちのサーファー
    波の振動数と周期
    波の基本式
    位相とは?
    縦波と横波

    媒質の動き
    波の分野に出てくる物理量

    2−1−2 正弦波の式
    yx型とyt型
    振動を表す式
    波動関数
    波の式を極めよう その1
    波の式を極めよう その2

    2−1−3 波の重ね合わせ
    重ね合わせの原理
    干渉条件
    定常波

    2−1−4 波の回折・反射・屈折
    ホイヘンスの原理
    波の反射
    波の屈折

    2−1−5 反射波
    固定端と自由端
    正弦波の反射


    2−2 音波
    2−2−1 音とは?

    2−2−2 音波の要素
    振動数
    音速

    2−2−3 音波の性質
    音の干渉とうなり
    音波の反射
    音波の屈折
    音波の回折

    2−2−4 音波の振動
    定常波
    弦の振動
    気柱の共鳴

    2−2−5 ドップラー効果
    ドップラー効果「音源が動く場合」
    ドップラー効果「観測者が動く場合」
    【ガッチリ物理 波動分野の目次】の続きを読む

    ブログネタ
    ガッチリ物理 に参加中!
    海で波待ちをしているサーファーを
    みたことがあるでしょうか?

    もし見たことがなかったら、まず・・・

    湘南など海まで、
    サーフィンを見に行きましょう!

    まず物理はこういうところから入るのが
    キホンなのです!!笑

    波乗りするときサーファーは
    サーフボードにまたがって、
    海で浮かびながら、
    沖からやってくる波を選びます。

    小さい波をパスしながら、
    できるだけ大きい乗りやすそうな
    波が来るのを待ちます。

    この波待ちのシーンを
    思い浮かべましょう。

    サーファーはボードにまたがって、
    沖を向いてプカプカと浮いています。

    沖から波がやってきまました。

    サーファーはこの波を
    まだ波が小さいなぁ・・・

    と思い、パスしました。
    【波待ちのサーファーと波の性質】の続きを読む

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