ふたばのブログ〜理科教育と道徳教育を科学する〜

これで完ぺき!理科の総まとめ(運動とエネルギー)

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力のつりあいと力の合成・分解

力のつり合い

2力がはたらいているが物体が動かないとき、その2力はつり合っているという。

力がつり合う条件
  1. 2力の大きさが等しい
  2. 2力の向きが反対である
  3. 2力が同一直線状にある
    (例1)綱引きで綱が動かない状態
    (例2)重力と垂直抗力
(垂直)抗力

面の上に物体を置いたとき、その面から垂直にはたらく力


摩擦(まさつ)力

物体の運動をさまたげる力

力の合成

2つの力と同じはたらきをする1つの力を2つの力の合力という。合力を求めることを力の合成という。


力の合成のパターン
  1. 一直線上で向きが同じ
  2. 一直線上で向きが反対
  3. 2つの力が一直線上にない
    3の解き方
    ※ 2力の合力はその2力を表す矢印を2辺とする平行四辺形の対角線として表される。これを力の平行四辺形の法則という。
力の分解

1つの力を2力に分けた力を分力という。分力を求めることを力の分解という。分力はもとの力を対角線とする平行四辺形の2辺で表される。

斜面による力の分解

斜面では重力が斜面に平行な力と斜面に垂直な力に分解される。

力と物体の運動

運動

時間がたつにつれて物体の位置が変化する現象。速さと向きの2つの要素からなる。

速さ 向き
フリーフォール
観覧車、扇風機の羽
ジェットコースター
エスカレーター

変化するものを〇、変化しないものを×で表す。

速さ

単位時間に物体が移動する距離で表す

平均の速さ

速さが一様であったと仮定して求めた速さ

瞬間の速さ

ごく短い時間の移動距離から求めた速さ
運動の記録

ストロボスコープ

一定の時間間隔で発光する装置。

記録タイマー

一定の時間間隔で打点を記録する装置。


  • 運動の向きに力がはたらき続ける → 加速する
  • 運動と逆向きに力がはたらき続ける → 減速する
  • はたらく力を大きくする → 加速(減速)する割合が大きくなる
    ※自由落下→物体が真下に落下するときの運動

まさつのないときの運動

まさつのないとき、物体に力を加えると等速直線運動をする。

等速直線運動

一定の速さで直進する運動。移動距離は時間に比例する。

慣性

物体がその運動を続けようとする性質。

慣性の法則

物体に力がはたらかないときの運動の法則
1. 静止している物体 → いつまでも静止しつづけようとする(例)だるま落とし

2. 運動している物体 → 等速直線運動を続ける(例)動く歩道、カーリング、スケート

作用・反作用

作用・反作用の法則

物体に力を加えると物体からも力を受ける。加える力と受ける力は大きさが等しく、向きが反対になる。(例)垂直抗力

※つり合う力との違い

  • 作用・反作用の力 → 2つの物体にはたらく力
  • つり合う力 → 1つの物体にはたらく力

仕事とエネルギー

仕事

力の大きさと動かした距離から求める。単位:ジュール〔J〕
仕事〔J〕 = 加えた力〔N〕 × 動いた距離〔m〕


道具を使った仕事

滑車やてこ、スロープなどの道具を使っても仕事の大きさは変わらない。これを仕事の原理という。

定滑車と動滑車

動滑車

必要な力は半分になるが、力を加える距離は2倍になる。※定滑車は力の向きを変えるだけ


スロープ(斜面)

傾斜がゆるやかなほど、力を加える距離が長くなる。


 てこ

支点、力点、作用点の位置によって必要な力と力を加える距離が変わる。


仕事の能率

仕事率

単位時間にする仕事。1秒間に1Jの仕事をする時の仕事率を1J/秒(ジュール毎秒)、もしくは1W(ワット)とする。
仕事率〔W〕 = 仕事〔J〕÷ 仕事にかかった時間〔秒〕

エネルギーの移り変わり

エネルギー

他の物体に仕事をする能力

力学的エネルギー

位置エネルギーと運動エネルギーを合わせた総称

位置エネルギー

基準面より上にある物体がもつエネルギー

  1.  物体の位置が高いほどエネルギーは大きくなる
  2.  物体の質量が大きいほどエネルギーは大きくなる
運動エネルギー

運動する物体がもつエネルギー

  1. 物体の速さが速いほどエネルギーは大きくなる
  2.  物体の質量が大きいほどエネルギーは大きくなる
力学的エネルギー保存の法則

力学的エネルギーの総和が常に一定に保たれること

いろいろなエネルギー

  • 力学的エネルギー
  • 電気エネルギー
  • 熱エネルギー
  • 化学エネルギー
  • 音エネルギー
  • 光エネルギー
  • 核エネルギー
  • 弾性エネルギー

エネルギーの移り変わり


エネルギー保存の法則

エネルギーが移り変わっても総量は変化しない。

変換の効率

エネルギーが移り変わる際、すべてのエネルギーが変換されずに一部が熱エネルギーなどになる。電球→蛍光灯→LEDの順に変換効率が高くなる。

熱の伝わり方


(熱)伝導

熱源から直接熱が伝わること。

対流

気体や液体があたためられて移動し、全体に伝わること。

(熱)放射

物体から熱エネルギーが放出されること。

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