反比例

反比例

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

  • 一方の値が2倍、3倍になると、もう一方が1/2倍、1/3倍になる関係。
  • 2つの変数の積が常に一定(xy=a)となり、グラフは座標軸に接しない双曲線を描く。
  • 電流と抵抗圧力と面積、仕事における力と距離など、理科の諸法則の根幹を成す。

解説

比例は、数学的に y = a/x(aは定数)という式で定義されます。この関係では、一方が増えるともう一方が同じ割合で減少するため、両者を掛け合わせた値は常に一定になります。物理学においては、電圧が一定のときの電流抵抗の関係(オームの法則)や、温度が一定のときの気体の体積と圧力の関係(ボイルの法則)など、多くの自然現象を説明するために用いられます。

例えば、物体に加わる圧力は、面に働く力を面積で割ることで求められます。したがって、力が一定であれば、面積が2倍、3倍と広くなるにつれて、圧力は1/2、1/3へと小さくなります。これは、雪の上を歩く際に「かんじき」を履いて接地面積を広げ、圧力を下げて沈みにくくする工夫など、日常生活にも応用されています。また、熱の分野では、一定の熱量を加えた場合、液体温度上昇度はその質量の大きさに反比例します。100gの水を10度上げる熱を200gの水に与えても、温度は5度しか上がらないのはこのためです。

コラム

仕事の原理」も反比例の重要な応用例です。動滑車てこを利用すると、重い物体を小さな力で動かすことができますが、その分、動かす距離は長くなります。力が1/2になれば距離は2倍になり、結果として「力 × 距離」で表される仕事の量は変わりません。また、ばね並列につなぐ場合、おもりを支える力が分散されるため、ばね1本あたりの「のび」は本数に反比例して減少するという性質も持っています。

小学生のみなさんへ

反比例はんぴれいとは、片方の数字が2倍、3倍と増えると、もう片方の数字が半分(1/2)や3分の1(1/3)に減ってしまう関係のことです。例えば、12個のチョコレートをみんなで分けるとき、人数が2倍になれば、1人がもらえる数は半分になります。このように「一方が増えると、もう一方が決まった割合で減る」のが特徴です。

理科の実験でも、この反比例はんぴれいはたくさん出てきます。例えば、動滑車どうかっしゃという道具を使うと、荷物を持ち上げる力は半分で済みますが、ひもを引く距離きょりは2倍になります。また、同じ重さのレンガを置くとき、地面にふれる面積めんせきが小さいほど、地面を押し返す力である圧力あつりょくは大きくなります。このように、道具を使ったり工夫したりするときに、とても大切な考え方なのです。

ルラスタコラム

自転車のギア反比例はんぴれいを利用しています。軽いギアにすると、ペダルをこぐ力は小さくて済みますが、その分たくさん足を動かしてペダルを回さなければなりません。力と距離きょりのバランスがうまく保たれているのですね。

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