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加速度の計算方法

信号待ちでホンダ・シビックの前に真っ赤なフェラーリが飛んでくるのを見たことがある人なら、加速の違いを肌で感じたことがあるはずだ。加速度とは、物体が移動するときの速度の変化率です。この加速度は、ある速度から別の速度になるまでの時間、または物体の質量に基づいて、1秒間に何メートルという単位で計算することができます...。

方法1/3 方法1:力から加速度を計算する。

  1. 1 ニュートンの運動第二法則を定義しなさい。ニュートンの運動の第二法則では、物体に働く力が不均衡になると、その物体は加速することになっています。この加速度は、物体に作用する正味の力と物体の質量に依存する。この法則を用いると、質量がわかっている物体に、わかっている力が作用したときの加速度を計算することができる。ニュートンの法則は、Fnet=m×aという式で表すことができます。ここで、Fnetは物体に作用する全力、mは物体の質量、aは物体の加速度です。質量はキログラム(kg)、力はニュートン(N)、加速度はメートル毎秒の2乗で表される。
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  3. 2 物体の質量を求めなさい。物体の質量を求めるには、天秤やはかりに載せて、グラム単位で質量を求めればよい。非常に大きな物体がある場合は、質量を教えてくれる文献を探す必要があるかもしれません。より大きな物体の質量はキログラム(kg)単位になることもあります。この式では、質量をキログラムに換算します。質量がグラムの場合は、その質量を1000で割ればキログラムに換算されます。
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  5. 3 物体に作用する正味の力を計算しなさい。正味の力とは、バランスがとれていない力のことです。相反する2つの力があり、一方が他方より大きければ、大きい方の力の方向に正味の力が働くことになります。物体に偏った力が働くと加速度が発生し、力の方向に押したり引いたりすることで物体の速度が変化します。例お兄ちゃんと綱引きをしているとします。あなたは5ニュートンの力でロープを左に引っ張り、弟は7ニュートンの力でロープを反対方向に引っ張ります。単位を正しく理解するために、1ニュートン(N)は1キログラム×メートル毎秒2乗(kg×m/s2)に相当することを知っておいてください。
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  7. 4 F = ma の式を変形して、加速度を求めなさい。この式は、両辺を質量で割ることで加速度を求めることができますので、a = F/mとなります。力は加速度に比例します。つまり、力が大きければ大きいほど、加速度も大きくなります。質量は加速度に反比例し、質量が大きければ加速度は小さくなる。
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  9. 5 公式を使って加速度を解きましょう。加速度は、物体に作用する正味の力を物体の質量で割ったものに等しい。変数の値が決まったら、簡単な割り算をして、物体の加速度を求めます。例えば、こんな感じです。2kgの質量に10ニュートンの力が一様に作用しています。物体の加速度は? a = F/m = 10/2 = 5 m/s2
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方法2 方法3の2:2つの速度から平均加速度を算出する。

  1. 1 平均加速度の方程式を定義しなさい。ある一定期間の物体の速度(特定の方向に進む速度)をもとに、その物体の一定期間の平均加速度を計算することができます。ここで、aは加速度、Δvは速度の変化、Δtはその変化が起こる時間である。加速度は、メートル毎秒(m/s2)で測定されます。加速度はベクトル量であり、大きさと方向があることを意味します。大きさは加速度の総量であり、方向は物体の移動の仕方である。減速している場合は、加速度はマイナスになります。
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  3. 2 これらの変数を理解する。さらにΔvとΔtを定義することができます:Δv = vf - vi、Δt = tf - ti、ここでvfは最終速度、viは初速度、tfは終了時間、tiは開始時間です。加速度には方向性があるので、常に最終速度から初速度を引くことが重要である。逆にすると、加速度の方向がおかしくなります。開始時間は、問題に特に記載がない限り、通常は0秒です。
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  5. 3 方程式を使って加速度を求めなさい。まず、方程式と与えられた変数をすべて書き出す。式は、a = Δv / Δt = (vf - vi)/(tf - ti)である。最終速度から初速度を引き、その結果を時間間隔で割る。最終的な結果は、時間間隔での平均加速度です。最終速度が初速度より小さい場合、加速度は負の数、つまり物体の減速率となる。その平均加速度は?方程式を書く: a = Δv / Δt = (vf - vi)/(tf - ti) 変数を定義する: vf = 46.1 m/s, vi = 18.5 m/s, tf = 2.47 s, ti = 0 s. 解く: a = (46.1 - 18.5)/2.47 = 11.17 m/s 2. 例 2: 22.4 m/s で走る自転車は 2.55 s で停止する。ブレーキをかけると2.55秒以内に停止します。方程式を書け: a = Δv / Δt = (vf - vi)/(tf - ti) 変数を定義しろ: vf = 0 m/s, vi = 22.4 m/s, tf = 2.55 s, ti = 0 s. を解け: a = (0 - 22.4)/2.55 = -8.78 m/s2.
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方法3 方法3:理解度を確認する

  1. 1 加速度の向きを理解する。物理学の加速度という概念は、日常生活での使い方と必ずしも一致しません。加速度には方向があり、通常、上または右にある場合は正、下または左にある場合は負と示されます。この分類に基づいて、あなたの答えが意味をなすかどうかを確認してください。車の速度の挙動はどのように変化するのか?加速度方向 ドライバが右へ移動(+)アクセルペダルを踏む +→++(よりプラス) 正ドライバが右へ移動(+)ブレーキを踏む +++→+(よりマイナス) 負ドライバが左へ移動(-)アクセルペダルを踏む -→-(よりマイナス) 正ドライバは加速度をゼロとして一定速度で移動する
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  3. 2 力の方向を理解する。力は、その力の方向にのみ加速度を発生させることを忘れないでください。問題によっては、無関係な値であなたをだまそうとする場合があります。例:質量10kgのおもちゃのボートが、北に向かって2m/s2の速さで加速している。真西に吹く風は、ボートに100ニュートンの力を加えている。北に向かう船の新しい加速度は?この力は運動方向に対して垂直なので、この方向の運動には影響を及ぼさない。船は北に向かって2m/sの速度で加速を続けている。
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  5. 3 正味の力を理解する。物体に複数の力が作用している場合、それらを1つの正味の力にまとめてから加速度を計算します。2次元の問題であれば、次のようになります。例題:4月が400kgの容器を150ニュートンの力で右へ引っ張っている。ボブは容器の左側に立ち、200ニュートンの力で押している。左から吹く風は10ニュートンの力を発揮する。容器の加速度は?この質問は、トリッキーな言葉を使って、あなたを釣ろうとします。図を描くと、右に150ニュートン、右に200ニュートン、左に10ニュートンの力がかかっていることがわかります。右」を正の方向とすると、正味の力は150 + 200 - 10 = 340ニュートンです。加速度=F/m=340ニュートン/400kg=0.85m/s。
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  • 2022-03-11 12:57 に公開
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  • 分類:教育

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