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。

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    私が執筆いたしました、
    『力学の基礎』が、
    6月8日に、
    技術評論社から
    発売されます。



    タイトル通り、
    力学に関する参考書です。

    内容は、高専や理工系大学生が
    対象となっておりまして、

    大学に入ったが、もう一度、
    力学を基礎からじっくりとやりたい人

    これから、物理を一から勉強したい人

    にとりまして、
    最適な内容になっていると思います。

    大学で勉強する物理は、まず、
    高校物理を理解することが大切です。

    その中でも「力学」の分野は、
    熱、波動、電磁気など、
    他全ての分野に関わる土台となるものです。

    その力学をできるだけわかりやすく
    高校物理の目線で執筆いたしました。

    ですから、
    高校生で力学の基礎を一から始めたい！
    という人にもピッタリな内容だと思います。 【『これでわかった！力学の基礎』が技術評論社より発売になります】の続きを読む
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    このガッチリ物理ブログでも、今回の事故をきっかけに、
    高校物理における原子分野で勉強する内容をアップしました。

    核分裂と原子力発電
    放射性元素の半減期
    放射線の防御　α線とβ線とγ線

    高校物理での原子分野に関する問い合わせが多いことから、
    もう少し記事を書いてみようと思っている。

    高校で勉強する物理の分野に「原子」という分野がありまして、
    かつては、この分野も必ず勉強しなければいけませんでした。 【高校物理の原子分野で放射性物質について勉強しよう】の続きを読む
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    学校でも放射線を学習する時間が失われつつあります。

    放射線は高校における物理の「原子」という分野に属しますが、
    ここでは、核分裂や核融合などの原子核反応のことなどを、
    核反応式を計算したりして、核のことを理論的に学習します。

    ちなみに、そこで出てくる単位はエネルギーの単位であって、
    「eV（エレクトロンボルト）」です。
    テレビでよく出てくる「ミリシーベルト」や
    「マイクロシーベルト」ではありません。

    この原子分野では、原子爆弾や原子力発電所のことも、
    先生によっては話すと思います。私は話します。

    しかし、この原子分野ですが、なぜか、
    何年か前から入試にも出題されなくなっています。 【高校で原子力や放射線を学習する時間が失われつつある】の続きを読む
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    #放射線

    これまで放射線の存在を知らされないで、
    汚染された場に立ち入り多くの人が被爆しました。

    直ちに影響はない、という報道に惑わされないくらいの
    放射線の知識は得ておいた方がよいです。

    放射線に関する記事のまとめ
    外部被ばくと内部被ばく
    放射線の防御
    放射性元素の半減期
    暮らしの中の放射能
    核分裂と原子力発電
    【放射線に関する記事のまとめ】の続きを読む
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    私たちは生活の中で全く放射線を受けていない、
    というわけではありません。

    暮らしの中でいろいろな放射線を浴びています。

    まずは、宇宙から降り注ぐ宇宙線です。
    例えば、ジェット機で飛行すると、地上にいるときよりも何倍もの宇宙線を浴びることになります。

    また、岩石や空気など、身近に存在するものから出る自然放射線を浴びていて、食物などを通して体内からも浴びています。

    【暮らしの中の放射能】の続きを読む
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    #ガッチリ物理

    重心は重さの中心であり、その重さは質量によって決まるので、
    質量の中心とも呼ばれる。

    この重心の位置は次の比で簡単に求めることができる。

    たとえば、軽い棒ABがあったとする。
    この棒の両端AとBにおいて、
    点Aに質量3.0kg、点Bに物体と2.0kgの物体が接続されていたとき、

    (3.0)A----------B(2.0)

    点Aから点Bに棒の長さを2:3に分けた点が重心Gとなります。

    A-2-G---3--B

    AG:BG=2:3ということです。

    【重心の求めかた】の続きを読む
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    物理では、気体の分野を考えるとき、
    私たちの目には見えないが、気体を、
    原子や分子、一粒一粒が運動している、
    とみなして扱っていく。

    本当に気体分子が運動しているのか？

    ということだが、煙が上がっていく様子を思い浮かべましょう。

    【気体分子の運動のイメージ】の続きを読む
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    剛体とは「大きさをもち、力を加えても変形しない物体」のこと。

    これまで、物体を四角い箱で描いたりして、
    物体の大きさを考えてきたではないか？
    と思うかもしれないが、実はこれまで箱の絵は描いたが、
    扱いは点であった。

    質量をもった点、つまり、これを質点というが、
    物体を質点として扱っていた。

    現に、物体に力を加えても倒れなかった・・・
    つまり、平行移動のみを扱っていたのだが、
    このことからも、物体は質点で扱われていたことがわかるでしょう。

    では、物体を剛体として扱うとどういう現象が起こるのか？

    【剛体とは？】の続きを読む
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    非等速円運動には、円の接線方向と向心方向に
    加速度が生じる。

    これらは座標の式を時間tに関して、
    ２回微分することで求めることができる。

    半径rの円運動する物体の座標を決める式を
    x(t)=rcosφ
    y(t)=rsinφ

    とおけるならば、これをtで微分すると、
    x'=-rsinφ×φ'
    y'=rcosφ×φ'

    となる。これより、
    v=(x', y')=(-rsinφ×φ', rcosφ×φ')=rφ'×(-sinφ, cosφ)

    ここで、(-sinφ, cosφ)は接線方向の単位ベクトルとなっている。

    つまり、速度の方向は接線方向ということがわかる。

    さらにtで微分してみよう。 【非等速円運動について】の続きを読む
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    理想気体に関して、次の気体の法則が成り立ちます。

    ボイルの法則（T=一定のとき）
    pV=一定　⇒　pV=p'V'

    シャルルの法則（p=一定のとき）
    V/T=一定　⇒　V/T=V'/T'

    ボイル・シャルルの法則
    (pV)/T=一定　⇒　(pV)/T=(p'V')/T'

    【気体の法則】の続きを読む
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    キャプチャ


    まず、
    電気の世界というのは、
    目に見えない世界である、
    ということを頭に入れておこう。

    目に見えないから難しい
    というのではなく、
    我々の身のまわりの世界に
    たとえて理解する、
    のがコツだ。

    つまり、
    電気で起こっている出来事を、
    我々の世界では、
    こういうできごとに
    あてはまるだろう、
    と、イメージしながら
    考えていくことが大切！

    さて、一様な左向きの電場が
    存在する空間に
    ＋１クーロンの電荷が
    点Aにおいてあったとします。

    そしてこの＋１クーロンに
    力を加えて電場に逆らって
    右向きに引っ張っていって、
    点Aから点Bまで
    仕事をしたとしましょう。

    このときの仕事を１Jとすると、
    点Aと点Bの間には
    1Jの位置エネルギーの差があり、
    点Bは点Aよりも
    位置エネルギーが1J大きい
    ということになります。

    これを、こう解釈しましょう。

    【電位とは何か？】の続きを読む
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    ばねを自然長からxだけ伸ばしたときに働く力Fは、
    F=kx
    と表わされる。

    式の中のkはばね定数といい、ばねの固さを示す定数である。

    たとえば、kの値が大きいと、同じ長さ分だけ伸ばしたときに、
    働く力は大きくなる。つまり、ばねがより固い、ということ。

    kが大きい→ばねが固い
    kが小さい→ばねがやわらかい

    また、ばね定数がk1とk2の２つのばねを接続したとき、
    ばねを合成したときの合成ばね定数をKとすると、

    直列接続では、

    1/K = 1/k1 + 1/k2

    となる。

    並列接続では、

    K = k1 + k2

    である。

    両端固定の場合は、並列接続と同じく、
    合成ばね定数は、

    K = k1 + k2

    となる。

    また、逆に一本のばねをいくつかに分けたときを考えると、 【ばね定数】の続きを読む
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    ワールドカップでは日本がガッチリ勝利しました。

    さて、サッカーは物理と身近な関係です。

    ボールに力を加えるとボールは動き出します。
    つまり、ボールは加速する、ということ。
    これは、ニュートンの運動の第二法則ですね。

    先取点をあげた、
    本田圭佑選手の無回転フリーキックは、
    ボールに回転を加えないことで、
    逆に空気抵抗の影響を大きく受け、
    不安定な動きをさせるというもの。

    【無回転シュートと物理学】の続きを読む
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    光の波動性はホイヘンスが説いた。
    では、ニュートン光学とは一体なんであるか？

    光学 (岩波文庫 青 904-1)
    光学 (岩波文庫 青 904-1)
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    プリンキピアを読む（ブルーバックス）

    プリンキピアを読んで、
    ニュートン力学の本質を理解しましょう。

    プリンキピアを読む (ブルーバックス)
    プリンキピアを読む (ブルーバックス)

    ニュートンの偉大な功績をここに集約。
    １７世紀に著された『プリンキピア』は、
    運動の法則や万有引力を基に自然界の仕組みを
    明らかにし、近代科学の出発点となった。

    その醍醐味を味わうための１冊。 【プリンキピアを読む　ブルーバックス】の続きを読む
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    容器に入った水を一生懸命かきまぜよう。

    そのときに水の温度は上昇するのだろうか？

    確かに上昇はする・・・しかしほんのわずかだ。

    では、水の温度を上昇させるためには、
    一体、どのくらいの仕事をすればよいのか？

    気になりますよね。

    そんな実験をしたのがジュールさんです。

    仕事に対する温度上昇から、
    カロリー表示の熱量Qと仕事Wを
    換算するための定数を求めたのです。 【ジュールの実験　仕事当量】の続きを読む
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    熱量


    熱量とは物体が持っている
    「熱エネルギーの量」のことである。

    比熱、熱容量は
    物体の温まりやすさを示す量。

    比熱

    比熱は物質1gについての量。

    物質1gを温度1K上昇させるのに必要な熱量だ。

    水の場合は1gを温度1K上昇させるのに約4.2Jが必要である。

    だから、水の比熱は4.2、
    単位も含めて4.2J/(g・K)となる。

    比熱はいろいろな物質で異なるから、
    c〔J/g・K〕とおく。

    では、これを発展させて、
    m〔g〕、比熱c〔J/(g・K)〕の物体を
    温度ΔT〔K〕だけ上昇させるために
    必要な熱量を求めてみると、

    Q = m・ΔT・c

    と求まる。

    つまり、

    比熱c，質量mの物体の温度ΔTだけ変化させる熱量Qは

    Q = m・ΔT・c

    比熱の単位は[J/(g・K)]である。

    ※calを用いる場合、[cal/(g・℃)] となる。（水の比熱は1 cal/(g・℃) ）

    熱量の計算では、質量の単位はふつう[g]を用いる。
    また、熱量の単位は[J](ジュール)を用いる。

    熱量の単位もcalも用いられるが、1 calは、
    水1gを1℃上昇させるのに必要な熱量を表わす。

    では、熱容量にいってみましょう。 【熱量と比熱、熱容量とは？】の続きを読む
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