ニュートンの第2法則

ニュートンの運動の第2法則

合力が物体にはたらくと、物体は加速する—速くなったり、遅くなったり、向きが変わったりする。力が大きいほど加速度も大きく、物体の質量が大きいほど加速度は小さくなる。

公式

F = m · a

  • F — 力 (N): 物体にはたらく合力（押す力・引く力）
  • m — 質量 (kg): 物体に含まれる物質の量—加速されにくさの尺度
  • a — 加速度 (m/s²): 物体の速度が毎秒どれだけ変化するか

例題

摩擦のない床の上にある 2 kg の台車に、一定の 8 N の力がはたらく。加速度はどれくらいですか？

  • m = 2 kg
  • F = 8 N
  1. a = F / m
  2. a = 8 N / 2 kg

a = 4 m/s²

自分でチェック

同じ 8 N の力を、もっと重い 4 kg の台車にはたらかせると、加速度はどうなりますか？
  • 4 m/s²
  • 正解: 2 m/s²
  • 32 m/s²

正解！ 質量が2倍になると加速度は半分になります：8 N ÷ 4 kg = 2 m/s²。

もとの 2 kg の台車に2倍の加速度（8 m/s²）をつくるには、力はいくら必要ですか？
  • 正解: 16 N
  • 4 N
  • 8 N

そのとおり—加速度は力に比例します：F = 2 kg × 8 m/s² = 16 N。

どこで見られるか

ショッピングカートは空のときは押しやすく、食料品が満載されているときは押しにくいです。同じ力で、加速度は低くなります。なぜなら、質量が増加したからです。車のエンジンがトレーラーを引っ張るときに弱く感じるのも同じ理由です。ネット力は同じままですが、結合質量はずっと大きいです。

よくある誤解

よくある誤解は、一定の速度で何かを動かし続けるために力が必要だということです。力は速度を変えるためにのみ必要であり、ネット力がゼロで動いている物体は永遠に同じ速度で動き続けます。もう1つは、F = maを「力は速度を引き起こす」ではなく「力は加速度を引き起こす」と扱うことです。大きな質量に大きな力を加えても、わずかな加速度しか生じません。

つながり

Rewrite the flagged pageExtras sentences in the slides.* register: e.g. newtonsSecondLaw.howItConnects end '…2つの物体が同時に互いに押し合う場合に適用したものです'; freeFallProjectile.howItConnects start 'これは通常、生徒が最初に出会う、目に見える押しや引きによらない加速度をもつ運動です'; coulombsLaw.howItConnects '…この法則が押し動かす電荷を蓄えるときに起こる現象であり'; coulombsLaw.whereYouSeeThis 'ドラムの帯電した部分だけに'; coulombsLaw.commonMistakes '力は4分の1になります'; ネット力→合力.

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