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イントロ

等加速度直線運動

加速度が一定なら変化に規則がある

『同じ時間ごとに速度が同じだけ変わる』という規則があると、先の動きも見通しやすくなります。これを直線上で考えるのが等加速度直線運動です。

定義

等加速度直線運動

教科書では
加速度が一定で、一直線上を進む運動です。
言いかえると
「直線」は向きが1本に決まることを表し、「等加速度」は同じ時間ごとに速度が同じだけ変わることを表します。だから、この運動では速度の変わり方にも位置の増え方にも規則が生まれます。
公式

まず使う2本の基本公式

等加速度運動では、まず『速度を出す式』と『位置を出す式』を区別できるようにします。

速度を出す式

初速度 v₀、加速度 a、時間 t から、後の速度 v を出します。

  • 初速度
  • 加速度
  • 時間
使うときのコツ

後の速度が欲しいときに使います。

位置を出す式

時間 t 後の位置の変化 x を出します。

  • 位置の変化
使うときのコツ

時間が分かっていて距離や変位が欲しいときに使います。

解くコツ

まず『速度を出したいか』『位置を出したいか』で式を分けると整理しやすくなります。

手順

公式を選ぶ順番

  1. 1

    正方向を決めて、v₀・a・t・x のうち何が分かっているか整理する

  2. 2

    後の速度が欲しいなら v = v₀ + at を使う

  3. 3

    位置の変化が欲しいなら x = v₀t + 1/2 at² を使う

  4. 4

    時間を消して考えたいなら v² - v₀² = 2ax を使う

図解等しい時間ごとの台車の位置が、右へ進むにつれてだんだん広い間隔で並んでいる図
等しい時間ごとに見た位置の間隔が広がっていくなら、速度が規則的に大きくなっていると考えられます。等加速度運動の見え方を、式より先にイメージするための図です。
図解左に直線的に増える速度時間グラフ、右に上にふくらむ位置時間グラフを並べた図
等加速度運動では、v-t グラフは傾き一定の直線になり、x-t グラフは上にふくらむ形になります。『速度は一定の割合で増えるが、位置はだんだん大きく増える』ことをグラフで読み分けます。
公式

時間が出てこないときの式

問題文に時間 t が見えないなら、速度と位置を直接つなぐ式を使います。

時間を消す式

時間 t を使わずに、速度の変化と位置の変化を直接つなぎます。

  • 後の速度
  • 初速度
  • 加速度
  • 位置の変化
使うときのコツ

時間がない問題では、この式を先に思い出すと立て直しやすくなります。

解くコツ

分かっている量の中に t がなければ、この式が候補になります。

場面
静止していた台車が、加速度 2.0 m/s² で 3.0 s 進んだ。
順に考えると
初速度は v₀ = 0 です。まず速度は v = v₀ + at = 0 + 2.0 × 3.0 = 6.0 m/s と求まります。次に移動距離は x = v₀t + 1/2 at² = 0 + 1/2 × 2.0 × 3.0² = 9.0 m です。どの量が分かっていて、何を求めたいかで使う式を選ぶのが得点への近道です。
ここが結論
3.0 s 後の速度は 6.0 m/s、移動距離は 9.0 m です。公式は「欲しい量」に合わせて選びます。
注意

文字を並べる前に、何を求めるか決める

確認

確認テスト 1

Q1

静止していた物体が、加速度 3.0 m/s² で 2.0 s 進んだときの速度はどれですか。

確認

確認テスト 2

Q1

速度-時間グラフの傾きが表す物理量はどれですか。

まとめ

まとめ

  1. 1

    等加速度直線運動は、加速度が一定の直線運動

  2. 2

    v = v₀ + at で後の速度を求められる

  3. 3

    x = v₀t + 1/2 at² で移動距離を求められる

  4. 4

    分かっている量と求めたい量で式を選ぶと解きやすい

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