中学3年の内容の等速直線運動・台車の運動について教えてください。

Question

こんにちは、中学3年の男子です。
今、理科では物体の運動と力というのをやっています。そのなかで、よくわからないことがありますので、教えてください。よろしくお願いします。

～～～すべての回答は、中三でもわかるように簡単にお願いします。～～～
（１）
等速直線運動は、速さが一定、と習いましたが、実際に平らな面で台車を押すと、だんだんスピードが遅くなっって止まってしまいますよね？ということは、速さは一定ではないじゃないですか？時間と速さの関係を表したグラフは、右下がりになりますよね？　なぜ、速さが一定になるのでしょうか？

（２）
台車が斜面を下る運動で、時間と移動距離の関係をグラフに表したグラフは、曲線になっていました。これは、速さがだんだ速くなるので、その分移動距離も増えるので曲線になると考えてもよいですか？（よくわからない文章ですみません。）

（３）
学校の問題集に、『人が歩いたり走ったりする運動』を記録タイマーを使って調べるという内容です。その記録タイマーの記録から何がわかるかという問題なのですが、解答には、移動距離と、時間　がわかると書いてあります。移動距離はわかるのですが、時間ってどういうことですか？　ぼくは、移動距離と、速さがわかる、と解答しました。時間は、速さでもOKなんですか？
（問題集は、学宝社の『学習整理』です。ページは、3ページです。）

～～～すべての回答は、中三でもわかるように簡単にお願いします。～～～
聞きたいことがたくさんあり、申し訳ありませんが、ご回答よろしくお願いします。

magicalpass · Accepted Answer

(1)そういう仮定です。現実の地球上では様々な摩擦等によって運動が減衰されていくので完全な当直直線運動は存在しませんが、物理を考える上で理想化して単純にしているのです。

(2)そういうことです。正確には斜面を下る台車には重力加速度が掛かってるので等加速度運動を行い、その移動距離のグラフは放物線を描きます。

(3)記録タイマーは移動にしたがってテープが動き、一定の時間間隔で打点が記録されるものです。テープがどれだけ動いたかで移動距離がわかり、打点が幾つ記録されているかで時間が分かります。移動距離と時間から任意の区間の平均速度を求めることは出来ますが、それは記録タイマーから直接得られるデータではありません。

cliomaxi · Answer

1.摩擦によって減速しますが、普通は問題に「摩擦は無視する」と注意書きが有るはずです。
なければ、中学理科程度の場合それが前提となっていると解釈してください。

2.これは物理と言うより数学です。
大雑把にはあなたの考えは間違いではありません。

3.問題集の問題がどのように出題されていたのか解りませんが、距離、速度、時間はすべて関係しています。
つまり、速度X時間＝距離です。
これは小学生でも習うものです。

noname#114835 · Answer

同じくの中三女子です。

私も今、同じ範囲を授業でしています。

(１)たぶんですが、台車が止まるまでのことではなをいでしょうか？
　　
　　また、なめらかな水平面上を走る台車には、運動と同じ向きにも

反対向きにも力が働かないので、速さは変わらないということに

なるんだと思います。

(２)等速直線運動では速さが一定なので、移動距離＝速さ×かかった時間
　
　　より、移動距離は時間に比例するのでグラフは右上がりになるそうです。

だから、曲線にはならないと思います。

(３)「速さ」ではなく「時間」の方がいいと思います。ここでいう「時間」とは「かかった時間」

のことなので、「移動するのにかかった時間」と「速さ」では全然意味が違います。

意味のわからない回答ですいません。

お互い受験生として、勉強頑張りましょう!(^^)!

21s-a · Answer

（１）その通りです。いずれは床面の抵抗によって止まってしまいます。よって「平らな面で台車を押し続けると（押し続けている間は）」または暗黙の了解として「床面からの抵抗は考えないものとする」といった前提条件が隠されています。（平らな＝抵抗はないものとする）
（２）はグラフを見ないと断言はできませんが、その通りだと思われます。
等速直線運動の移動距離は時間に比例しますが。。
（３）記録タイマーは物体の速度の変化等を調べる際に使われます。
よって移動距離も時間もわかりますし、もちろんそこから瞬間の速さを求めることもできますが物体が加速運動していた場合、それは部分的な速さです。（あたりまえですが）

これは本当に等速直線運動の問題ですか？たしか台車の問題は「等速でない動きをする台車に記録タイマーをつけて瞬間の速さをしらべ等速部分毎に切り取る実験」が一般的ですが。。

参考意見としてご覧ください。

htms42 · Answer

等速直線運動は「等速」で「直線上で起こる」運動です。
実際にやってみて、台車が止まってしまうというのであればその運動は「等速」ではないのですから等速直線運動には当てはまりません。

等速直線運動でないものを等速直線運動であるとして扱うのは誤りです。
もし台車の速度変化を測定されたのであれば台車の運動が等速度運動からどれくらいずれるかを調べたことになります。
その速度変化が摩擦によるものであるということが分かっているのであれば摩擦力の大きさを知る手掛かりになります。

実験ではなくて問題として「等速度で運動している台車」という表現が出てきたということに疑問を持たれたのであれば「等速度で運動するように条件を調整したもので考えている」という前提で考えます。
台車であれば、減速の原因が摩擦であるということが分かっていれば「摩擦による減速が起こらないという場面で考える」ということになります。そういう条件がはっきりと書かれていなければ誤りです。その場合、「摩擦はないものとする」という表現がよくつかわれますがゆるい坂道にするというのも一つの方法です。

「台車」という例がよくないですね。
普通の乗り物で考えればいいのです。自動車であれば「速度一定で運動している」という表現が出てきても誰も疑問を持たないです。エンジンが付いていますから速さ一定は実現できるとすぐに納得できるのです。等速運動で時間と距離の関係を知るという場合であれば台車の例はよくないのです。

台車の場合、摩擦のために減速します。
でも摩擦の影響がどれくらいであるかを知りたいと思えば「摩擦がないとした時にはどういう運動をするのか」が分かっていないといけません。「摩擦がないものとする」といういかにも「うそくさい」場合を何故考えるかといえばその場合が摩擦の影響を知るために必要な基準になるからです。
摩擦がないとした時と実際の運動との差から摩擦力を求めるという流れになります。
これを「台車が減速したのは台車が止まりたいと思ったからだ」なんて考えたら摩擦力の存在を考えることはできなくなります。
外部に減速の原因があると考えるからこそ、その原因がないとしたらどういう運動が可能であるかを考えることによってその原因自体を知るということができるようになるのです。
落下運動で加速が起こるのも「物体は下に行きたがっているのだ」と考えていたのでは重力（または万有引力）が存在するという考えには行きつきません。

（３）記録タイマーは一定の時間間隔で紙テープの上に点が打たれます。
以前は交流タイマーと呼ばれている機会を使っていました。関東では５０Ｈz, 関西では６０Ｈｚですから１秒間に５０個、または６０個の点を打ちます。テント点の間の時間間隔は１／５０秒、または１／６０秒です。
紙テープ上の打点から分かるのは距離と時間です。歩く速さを変えると点と点の間の間隔が変わります。
この間隔を時間間隔で割るとこの区間での平均の速さが出てきます。
記録タイマーは速さの変化を知るために用いる機械ですが速さが直接わかるのではありません。短い時間間隔での距離の変化を求めることによって速さを出そうとしているのです。

学校ではタイマーを使った測定をやったことはないのですか。
問題集の問題の文章だけでタイマーを考えているような気がしますが。

中学3年の内容の等速直線運動・台車の運動について教えてください。

1.摩擦によって減速しますが、普通は問題に「摩擦は無視する」と注意書きが有るはずです。

同じくの中三女子です。

（１）その通りです。

(1)そういう仮定です。

等速直線運動は「等速」で「直線上で起こる」運動です。

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