先に学ぶ内容力とは何か

速度と位置を加速度から導く

ブレーキをかけてから止まるまでの距離を制動距離という。このモデルでは40 km/h⁠で8.8 m⁠だ。

2⁠台の減速度が同じで一定なら、80 km/h⁠の制動距離はいくらか?

式から現象を説明する

  1. 1平均の速度を定義するv平均=⁠ΔxΔt……
  2. 2時間Δt⁠を短くして瞬間の速度を求めるv=⁠dxdt……
  3. 3速度の変化から加速度を定義するa=⁠dvdt……
  4. 4質量と合力が一定の場合を考えるdvdt=⁠Fm=⁠a(一定)……
  5. ここからは、上の40 km/h⁠の車(11.1 m/s⁠)が、一定の減速度7.0 m/s²⁠で止まる場合を例にする。
  6. 5加速度を積分して速度を求めるv=⁠v₀+⁠a t……
  7. 6速度を積分して位置を求めるx=⁠x₀+⁠v₀ t+⁠½ a t²……
  8. 7速度が負の区間も含めて足すx − x₀=⁠(上の面積の大きさ)−⁠(下の面積の大きさ)……
  9. 8時間t⁠を消して速度と位置を結ぶv² − v₀²=⁠2 a (x − x₀)……
  10. ここから発展:自由落下・投げ上げ・測定
  11. 9式を自由落下に当てはめるy=⁠½ g t²……
  12. 10真上に投げ上げるy=⁠v₀ t−⁠½ g t²……
  13. 11時間の測定誤差が、求めたg⁠に与える影響を調べるg=⁠2yt²……