質問

そもそも初速度とはどの時点での速度の事ですか?

車の初速度は必ずゼロ(走っている途中の一時点の速度を初速度とするのならその車にも初速度が有ると言うのは分かりますが)で弾丸には必ず初速度が有るのは何故ですか?初速度とは例えば、ヨーイドンと同時にタイマーが開始がされて、その時のゼロ秒時点での速さと言う事ですか?車のその時点の速度は必ずゼロで弾丸には必ず初速度が有るのですか?しかし、ゼロ秒の時点でも速度を持っている高性能の車も考えられる気がするのですが。

そこら辺が曖昧に成っているのでどうか分かり易く教えて下さい。物理を学び始めたばかりの学生です。

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回答 (4件)

 いくつか回答がありますが、ちょっと難しいかも知れませんね。

>そもそも初速度とはどの時点での速度の事ですか?

 その問題を考えるとき、「いまからこの運動を考えよう」とするときが「時刻0」です。

>車の初速度は必ずゼロ

 そんなことはありません。走っている車がブレーキをかけて止まるときの運動を考えるときは、「ブレーキをかけ始めた時の時刻=0」とするのは普通です。

>弾丸には必ず初速度が有る

 これも「必ず」ではないでしょうが、普通は発射されたあとの運動を考えるので、発射されるとき=ある速度を持って銃身を離れる時を時刻0と考えます。火薬が爆発して、静止していた弾丸が銃身中で加速される運動を考えるときには、火薬が爆発した瞬間を時刻0とすることになります。

時間の0は基準点です。絶対的な基準は存在しませんので観測に関して設定するより仕方がありません。時間は私たちは存在し始めるよりも前からずっと流れ続けています。

#1、#2のご回答では「基準の設定は任意だ」という説明ですが難しいだろうと思います。「時間の0=観測の開始の時間」とするのが分かりやすいだろうと思います。これでも「時間の0は運動の開始の時間であるとは限らない」ということは言えます。
運動の開始を基準に取るのであれば初速度はいつもゼロです。でも運動の開始がいつも測定の開始であるとは限りません。

自動車の速度をメーターを見て記録する場合を考えます。メーターを見て記録し始めたときの時間が0です。ある時間から10分間記録するということがあってもいいわけです。動き出す所から記録が始まるとは限りません。それ以前の運動も当然前存在するのですがそれは「過去」の運動と言うことになります。
ボールを自由落下させます。初速度=0としています。これは運動の開始が観測の開始になっているからです。この場合、ボールを落とした人Aとそれを見ている別の人Bとは同じものを見ています。
それではボールを落としているところを紙で隠したらどうなるでしょう。Aの人とBの人は違うものを見ます。
Bの人にとっては紙の下からボールが見え始めたときが観測開始です。この時が時間の0になります。見え始めた時の運動の速度が初速度です。等加速度運動の場合、この初速度から過去の運動を推測することが出来ます。でも自由落下をさせたとは限りません。投げ上げた可能性もあります。投げ下ろした可能性もあります。
自由落下も投げ上げた運動を途中から(最高点から)観測したときに見える運動と同じになります。

観測は観測者の立場によって変わります。観測開始の時間は自由に設定できます。他の観測との兼ね合いで後から時間の0を観測開始の過去や未来にずらしても構いません。観測結果に影響はでてきません。

先入観をもって物理を見てはダメ。
初速度は、初すなわち時刻が「0」での速度。
時刻0をどこと理解するかはその人のセンス。
車が動きだす前は速度0は当たり前、ある時間が経過して時刻0と決めた点を通過する速度が初速度。
基準点、をどこにとっているかは常に基本中の基本です。

あー、問題によりますが、あまりにも曖昧な分を見ていると、特殊な状態じゃないっぽいので、それを前提に書きます。

まず、ゼロ秒時点、という言葉の使い方に気をつけてください。
ゼロ秒時点、というのは観測者の主観で、例えば、

19:00:00に500km/hで発射された弾丸

があったとしても、ゼロ秒時点というのは観測者が決めない限り存在しません。
何故なら、真のゼロ秒時点、は誰も知らないうえに無意味だからです。
宇宙ができて、地球ができて、貴方がこの世に生まれて、何秒経っているか、そんな情報に価値はありません。
物理とは、いかに問題を単純化するかがポイントです。

先の例であれば、貴方が望むなら18:59:59をゼロ秒地点と決め、一秒後に加速度を受け、その後空気抵抗やらなんやらのためにマイナスの加速度を持つ加速度運動、と言う風に考えても問題はありません。

でも、ややこしいですよね?
どうすれば一番単純かといえば、500km/hの弾丸、と言う状態をゼロ秒時点にすれば、あとは全てマイナスの加速度を持つ加速度運動、という風に扱えます。
このほうが単純ですよね。だから普通はこっちを採用します。

長々と説明にかかりましたが、自分が決めたゼロ秒時点、この瞬間に物体が持っている速度が初速度です。
貴方がゼロ秒時点を19:00:00に取れば500km/hですし、19:00:05に取ればもっと遅くなっているでしょう。
要するに貴方次第なのですが、一番楽そうな基準を選びましょう、ということです。

あと、車と弾丸を混同されているのは、動く理由が違うからでしょう。
車が動くのは、プラスの加速度を受けて動きます。
弾丸が動くのは、一瞬で力を受け、その時得た運動量で動きます。
上記の理由から、問題にするときは一番楽な瞬間をゼロ秒時点と考えるので、車ではアクセルを踏んだ瞬間=加速度を受け始めるとき、弾丸では力を受けて5000km/hの速度を持ったとき、を同時として問題にするのが楽だから、です。

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