「垂直方向」はどの単元（分野）で学習しますか？

物理分野の「力と運動」の単元で学習します。

「垂直方向」のテストや受験での重要度はどれくらいですか？

中学受験では「B」、高校入試では「A」、大学受験では「A」の重要度です。小中高の物理分野における運動の基礎であり、入試頻出概念のため。

一般小学生

垂直方向とは、地面に対して垂直な方向を指します。物理学の視点では、物体が重力によって引き寄せられる「鉛直方向」と一致します。この方向に物体を静止状態から放すと、重力加速度の影響を受けて、落下速度が時間に比例して一定の割合で増大する「等加速度直線運動（自由落下）」を行います。

物体を斜めや水平に投げ出した場合、その運動は水平方向と垂直方向の二つに分解して考えることができます。水平方向には力が働かないため一定の速度で進みますが、垂直方向には常に重力が働くため、次第に落下速度が上がります。この二つの運動が合成されることで、物体は「放物線」を描いて運動します。

コラム

ふり子の衝突実験においては、垂直方向の「高さ」が重要な要素となります。おもりを高い位置に持ち上げるほど、物体が持つ位置エネルギーが大きくなり、最下点で衝突する際の運動エネルギーも増大します。また、おもりの質量（重さ）を大きくすることでもエネルギーは増え、衝突した対象物に与える衝撃や移動距離が変化します。

なお、厳密には地球の自転による遠心力の影響を受けるため、重力の方向（鉛直方向）と地球の中心に向かう方向（地心方向）はわずかに異なりますが、一般的な学習範囲では「垂直方向＝重力の方向」と捉えて差し支えありません。

小学生のみなさんへ

「垂直すいちょく」とは、地面にむかってまっすぐ下の方向のことです。理科の実験で、糸につるした「ふりこ」を動かして、下のほうにある球にぶつける実験をしたことはありますか？

ふりこのおもりを高いところから放したり、おもりを重いものに変えたりすると、ぶつかったときの力が強くなります。その結果、ぶつけられた球は遠くまで転がっていくようになります。これは、高い場所にあるものや重いものが、動くときに大きなパワー（エネルギー）を持っているからです。

ボールを投げたときも、横に進む動きと、この「垂直方向」に落ちていく動きが組み合わさって、きれいなカーブを描いて地面に落ちていきます。

ルラスタコラム

ピサの斜塔で有名なガリレオ・ガリレイは、重い玉と軽い玉を同時に落としても、地面につく時間は同じであることを発見しました。空気の抵抗がなければ、どんな重さのものでも垂直方向には同じスピードで加速しながら落ちていくのです。

【基礎】地面に対してまっすぐ下の方向、あるいは重力が作用する方向のことを何というか

垂直方向（または鉛直方向）

【応用】水平に投げ出された物体の運動において、水平方向と垂直方向の運動の性質にはどのような違いがあるか

水平方向は力が働かないため「等速直線運動」をするが、垂直方向は重力が働くため「等加速度直線運動（自由落下）」をするという違いがある

【実践】ふり子を球に衝突させる実験において、球をより遠くまで飛ばすために変えるべき条件を2つ答えなさい

おもりを離す「高さ」を高くすること、またはおもりの「重さ（質量）」を大きくすること。これにより衝突時のエネルギーが増大し、球の飛距離が伸びる

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