慣性の法則を文系でも分かるように説明

法則
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慣性の法則を文系でも分かるように説明

慣性の法則を文系の方でも分かるように、凝縮して、なるべく簡潔明瞭にまとめました。万有引力の法則を作ったアイザック・ニュートンによる運動の第1法則「慣性の法則」とは⁉

具体例をたくさん使って紹介します。因みに記事主はどちらか言うと文系です。

それでは、以下参考までにどうぞ!

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慣性の法則を文系でも分かるように説明

慣性の法則とは何か、文系の方でも分かるように説明させていただきます。読みづらいところもあるかもしれませんが、参考までにどうぞ。

それでは、まず、一般的な慣性の法則の考えを見ていきましょう。

慣性の法則とは

物体に外部からの力が働かないか、働いていてもつりあっている場合、静止し続けるか、運動している物体は永遠に等速直線運動をする。

ニュートンが生み出した運動の第1法則「慣性の法則」に当たります。

運動方程式 ma=F において、F=0 の場合を表しているとも言えます。つまり、a(加速度)=0ということです。
慣性の法則の内容から物体は外部からの力が働かない場合、物体は静止したままということが理解できます。しかし、運動している物体は、本当に永遠に等速直線運動をするのでしょうか。

車のおもちゃを例にとって、これを考えてみます。

子供のころ、ミニカーで遊んだとき、押すのを止めるとすぐ止まりました。

これって等速直線運動をするためには永遠に一定の押す力のみが必要と言うことになるということですよね。

違います。

まさに今、ミニカーを押している状態と仮定したとき、ミニカーにはどのような力が働いていると思いますか。

車のおもちゃを押す力それと摩擦力が働いています。

では、摩擦力はどう働くのでしょうか。

摩擦力はミニカーと床の間で発生し、押す力と真逆の一直線上の方向に働きます。

押す力摩擦力が、互いに打ち消しあってつりあっている状態と言えます。

つまるところ、

力が働いてつりあっている状態というのは

力が相互に働いて相殺=0の状態(物体に外部からの力が働かない)という同じ意味であると言えます。

ミニカーを動かすのを止めれば、

ニュートン運動の第2法則に従って減速、静止(外部からの力が働かない「0」の状態)の第1原則(慣性の法則)と変化します。

運動方程式 ma=F において、F=0 つまり、a(加速度)=0ということを表すと言われるのはこのためです。静止している物体は静止し続け、運動している物体は等速度運動を続けるという意味です。
新幹線の等速直線運動

新幹線が時速300㎞で直線の線路上を等速で運行している場合、等速直線運動をしているということになります。

新幹線に働く力は、

新幹線の動力と、新幹線にかかる抵抗力です。

この2つの力がつりあって新幹線は等速直線運動をします。慣性の法則に従い、永遠にこれを続けると言えます。

新幹線は前に進む動力を緩め減速すると、動力抵抗力となります。ニュートンの運動の第2法則に従い加速運動をします。

そして、

動力=抵抗力(0)に変化したとき、抵抗力が小さいほど動力も少なくて省エネで等速直線運動をするということになります。(運動の第1法則)

宇宙では

抵抗の全くない宇宙空間で宇宙船を一度加速して、エンジンを切ります。すると、宇宙船には全く力が働かない状態にります。等速直線運動を永遠に続け、無限の彼方への旅が始まります。

宇宙では、完全に慣性の法則に従います。

等速直線運動の状態というのは、物理原則的には静止という概念と同じです。

慣性の概念

慣性とは物体が常に現在の運動状態を保とうとする性質のこと。ニュートン力学における慣性の法則。惰性とも言われる。

万有引力の法則はコチラ

乗り物の乗客

乗り物が急発進・急停止すると、進行方向とは逆の向きに乗客は倒れそうになります。

これは慣性によって、乗り物が進行方向へ進もうとするのに対し、乗客がその場に静止し続けようとするみかけの力が働くためです。このように慣性によって働くみかけの力を慣性力と呼びます。

動いている車内の乗客も等速直線運動に合わせれ慣性の法則が働きます。

だるま落としの静止

だるま落としは、横から打たれたパーツのみ外部の力が働きます。それ以外のパーツは静止しようとします。現実的且つ厳密に言えば、打つ速度で摩擦が生じ多少ズレますけれども…。

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急降下するジェットコースター

ジェットコースターが急降下するのに対して、乗客は静止を続けようとするので慣性力が働きます。慣性力重力となった一瞬無重力状態になります。

慣性の法則を破る

物体を静止から動かし、等速直線運動から加減速すると、物体は慣性の法則を破るとされます。

力の均衡が破られれば、大きい力の方向へ加速します。ニュートンの運動第2法則の示すところとなります。

ニュートン運動の第2法則では、速度の大きさ物体の質量反比例します。質量が大きい物体は、同じ力を与えても加速度は小さくなるということです。

つまるところ、

質量の大きい物体は、運動状態を変えにくいということです。そのため、状態を変える、変えにくさを慣性と呼び、この質量を慣性質量と呼びます。

オームの法則はコチラ

慣性の法則まとめ

慣性の法則を文系でも分かるように説明

慣性の法則とは

  1. ニュートンの運動第1法則
  2. 等速直線運動と静止のこと
  3. 慣性のこと

運動方程式 ma=F において、F=0 つまり、a(加速度)=0ということです。

以上でまとめとなります。

それでは最後までご覧くださりありがとうございました。

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