学習目安 | 小: A | 中: S | 高: S

落下

一般小学生

まとめ

  • 物体が重力によって鉛直下向きに移動する現象を指します。
  • 空気抵抗を無視できる理想的な条件下では、速度が一定の割合で増加する「等加速度運動」となります。
  • 運動の状態は「向き」と「速さ」の組み合わせによって定義され、落下の過程では位置の変化が速さの変化に直結します。
重力等加速度運動自由落下速度加速度

解説

物体の運動は、進む「向き」と「速さ」がどのように変化するかによって分類されます。例えば、向きも速さも変わらない運動は「等速直線運動」と呼ばれますが、落下運動のように向きは一定で速さが一定の割合で変化する運動は「等加速度運動」に分類されます。

身近な例では、ジェットコースターが高い場所から低い場所へ滑り降りる際、重力の影響を受けて速さがどんどん増していきます。これは位置エネルギー運動エネルギーに変換される過程でもあり、物体の位置の変化が速さの変化と密接に関係していることを示しています。速さを計算する際は「移動距離÷かかった時間」という基本式を用います。例えば、ボウリングのボールが20mの距離を2秒で移動した場合、その速さは10m/s(秒速10メートル)と求められます。

コラム

現実の世界では空気の抵抗があるため、雨粒などはある程度の速さまで達するとそれ以上加速しない「終端速度」の状態になります。しかし、真空状態であれば、重い鉄球も軽い羽毛も全く同じ加速度で落下します。これはガリレオ・ガリレイがピサの斜塔で行ったとされる実験でも有名な、近代物理学の重要な基礎知識です。

小学生のみなさんへ

物が上から下へと落ちることを「落下」といいます。これは、地球が物を引っ張る「重力」という力があるからです。物を落とすと、地面に近づくほどどんどん速くなっていくことに気づいたことはありますか?

このように、進む向きは変わらなくても、速さが決まった割合わりあいで変わっていく動きを等加速度運動とうかそくどうんどうと呼びます。例えば、ボウリングのボールが20メートルを2秒で転がったとき、速さは「20÷2」で計算して、1秒間に10メートル進む速さだとわかります。ジェットコースターが坂を急に下るときに速くなるのも、この落下の仕組みと同じです。

ルラスタコラム

空気のない場所(真空)で、重いハンマーと軽い鳥の羽を同時に落とすとどうなるでしょうか?実は、重さに関係なく、2つはまったく同時に地面に落ちます。空気の抵抗ていこうがない世界では、すべての物が同じスピードで加速していくのです。

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