これを読んで誰でもカンタン理解!加速度の求め方

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2月も中旬になり、梅の花のきれいな季節になりました。歳を重ねるうちに、花や樹木など自然がより私にとって魅力的な存在になっている気がします。本日もatenaiメディアを読んで頂き、ありがとうございます。ライターのtakataです。

今日は物理のお話。加速度とは何かを基本からわかりやすく説明します。

物理は基本が本当に大切な教科

高校生を指導していると、勉強しているのに物理の点数が伸びない!という人をたくさん目にします。せっかく頑張っているのに点数が伸びない、それはなぜかというと、基本のところの理解が足りてないからです。例えば、「加速度って何?」と聞かれてすぐに答えられるでしょうか。いざ、そう聞かれてみると答えられない!という人が意外といます。

「加速度って何?」の答えはもう少し下のほうで発表します。

勉強で最も意識してほしいことは、「基本を大切に」することです。もうそんな言葉は聞き飽きた!という人もいることでしょう。それでも、何回言ってもいい足りないくらい、意識しながら勉強してほしいことなのです。新しいことを学んだら、人に説明できるくらい、例えば後輩に「速さってなんですか」とか「ばね定数ってなんなんですか」とか聞かれたときに、自分の言葉で答えられるくらいまで、その概念を染み込ませることが大切です。

では、自分の言葉で「加速度とは何か」を説明できるようになるまで、私と一緒に加速度について学んでいきましょう!

加速度とは何か?

加速度とは、「1秒間にどのくらい速度が変化したのか」を表す数値です。

例えば、車が信号が青になって走り始めて、スピードが上がって、次の信号で止まる場合を考えてみましょう。車は走っている間、一定のスピードで走っているわけではありません。

走り始めてから時間が経つにつれて、車のスピードは0kmから10km、20km、40km、80kmと加速していき、次の赤信号が見えてくると30km、10kmと減速していって、最終的には0kmになる、つまり止まります。

このように速度が上がったり下がったりするときに、「1秒間にどれくらいスピードが上がるか」のことを「加速度」と呼びます。

加速度を求める公式「α=Δv/Δt」の意味とは?

教科書によく載っている、加速度の公式は下記の通りです。

αが加速度、vが速度、tが時間のことを表します。

いきなり「Δ」とか出てきて、驚いてしまった方がいたらごめんなさい。この「Δ」は「デルタ」と読み、「どれくらい変化したか」を表すマークです。なので、略さず書くと、下記のように

αが加速度、vが速度(voは最初の速度)、tが時間(t0)を指しています。

「今の速度v」から「最初の速度v0」をひくと、「どれくらい速度が変わったか」

「今の時間t」から「最初の速度t0」をひくと、「どれくらい時間が変わったか」

がわかります。これを割り算してあげると、「どれくらいの時間でどれくらい速度が変わったか」つまり「1秒間にどれくらい速度が変わったのか」がわかるんですね。

加速度を実際の例で見てみよう!

上の例で加速度について考えてみましょう。

まずは、動き始めてから0秒〜1秒のとき。

時間tが0(s)のとき、速度vも0(m/s)です。つまり、t0=0、V0=0です。

時間tが1(s)のとき、速度vは2.0(m/s)です。つまり、t=1、V=2.0となります。

よってtが0〜1のとき、加速度は

となり、2.0(m2/s)と計算できました。

同様に、動き始めてから1秒〜2秒のとき。

時間tが1(s)のとき、速度vも2.0(m/s)です。

今回は動き始めてから1秒の時を基準としているので、t0=1、V0=2.0となります。

時間tが2(s)のとき、速度vは4.0(m/s)です。つまり、t=1、V=4.0となります。

よってtが1〜2のとき、加速度は

となり、2.0(m/s2)と計算できました。

こうやって計算したことで、0〜1秒のときと1〜2秒のときで、加速度は変わっていないことに気づくことができました。勘の良い方はもう気づいたかもしれませんが、この図での物体の運動は、「等加速度直線運動」と呼ばれる運動です。「加速度が変わらない」と名前に入っているように、物体にかかる力の大きさと方向が変わらない運動の場合、この等加速度運動になります。

加速度の単位は[m/s2]

加速度の公式はα=Δv/Δtでした。

では加速度の単位が何かと言うと、「m/s2」です。

このs2(s^2)は秒の2乗を表し、「毎秒毎秒(まいびょうまいびょう)」と読みます。1m/s^2なら、「1メートル・パー・毎秒毎秒」です。

速さの単位がm/sなので、1秒(1s)間にどれくらいそれが変化をするかを知るために、どれくらい速さが変化したかを、その変化にかかった時間で割る、というのが加速度の求め方でした。だから単位が「m/s2」になるのですね。

ちなみにこの単位「m/s2」の成り立ちを知っていれば、この単位を見ただけで、「加速度は変化した速度を変化した時間で割る」と計算できるということが頭に浮かんでくるのではないでしょうか。

さいごに

加速度の話をしてきましたが、いかがだったでしょうか。物体の運動から、時間や速さ、加速度を求める問題は文系・理系問わず必要になる力です。基本から理解することが物理を得意にする秘訣ですので、じっくり時間をかけて、少しずつで良いので物理の基本的な考え方を理解していきましょう。

投稿者プロフィール

Takata
Takata
チェスと筋トレが趣味の国立医大生。
最近ゴルフもはじめました。物理や化学を中心に、受験生がつまづきやすいような項目について、わかりやすく解説していきます。

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