物体の運動のようすを観察するために、力学台車を使った実験があります。今回はそのポイントを学習しましょう。
台車の運動と速さ
力学台車を、下の図のようなコースで運動させると、速さは下のグラフのように変化します。
斜面を下る運動の速さの変化
台車の速さは、だんだん大きく（速く）なります。このとき、斜面の傾きが一定なので、一定の割合で速さが大きく（速く）なることも重要です。つまり比例します。
摩擦のない水平面上を運動するときの速さの変化
台車の速さは一定になります。この速さが変化しない運動を等速直線運動といいます。
斜面を上る運動の速さの変化
台車の速さは、だんだん小さく（遅く）なります。このとき、斜面の傾きが一定なので、一定の割合で速さが遅くなります。
次は物体の運動について見ていきましょう。
台車の運動と力
台車の速さの変化の仕方が、それぞれの運動で異なるのは、台車にはたらく力の向きが異なるからです。下の力の向きをしっかりと確認しましょう。
斜面を下る運動の力
台車がだんだん速くなる理由は、台車の運動の向きと同じ向きに力がはたらくからです。また、一定の割合で速さが速くなるのは、台車の運動の向きと同じ向きに、一定の大きさの力がはたらき続けるからです。
摩擦のない水平面上を運動するときの力
台車の速さが一定なるのは、台車の運動の向きと同じ向きにも、逆向きにも力がはたらいていないからです。このとき台車にはたらいている力は、重力と垂直抗力だけで、この2つの力はつり合いの関係にあります。つり合って、打ち消し合って、合力が０になっています。
斜面を上る運動の力
台車の速さがだんだん遅くなる理由は、台車の運動の向きと逆向きに力がはたらくからです。また、一定の割合で速さが遅くなるのは、台車の運動の向きと逆向きに、一定の大きさの力がはたらき続けるからです。
台車の運動とグラフ
台車の運動では、時間経過と速さや移動距離、台車の運動の向きの力などが選択問題として出題されます。正しいグラフをかけるようになっておきましょう。
斜面を下る運動のグラフ
- 速さ…一定の割合でだんだん速くなるので比例のグラフ
- 移動距離…傾きが速さを表すので、傾きがだんだん大きくなるグラフ
- 運動の向きの力…斜面の傾きが一定なので、一定の大きさのグラフ
摩擦のない水平面上を運動するときのグラフ
- 速さ…等速直線運動をするので、一定の大きさのグラフ
- 移動距離…傾き（速さ）が変化しない比例のグラフ
- 運動の向きの力…運動の向きに力ははたらいていない
斜面を上る運動のグラフ
- 速さ…一定の割合でだんだん遅くなるグラフ
- 移動距離…傾きが速さを表すので、傾きがだんだん小さくなるグラフ
- 運動の向きの力…運動の向きと逆向きに一定の力がはたらくグラフ
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