物理の力や速度は何故ベクトルで表せるのでしょうか？現在私は物理を履修している高校生なのですが上記の事

物理の力や速度は何故ベクトルで表せるのでしょうか？現在私は物理を履修している高校生なのですが上記の事が理解できなくて困っています。

力や大きさと向きを持ってるからベクトルで表せると言われればそれで終わりかもしれませんが、何故数学で人工的に作られたベクトルが物理現象で成り立つのか不思議でたまりません。
その訳をどなたか教えてください。
また力は分解できますが、その分解された力というのは本当に存在しているのでしょうか？
何もかも、ベクトルを使えば全て辻褄があう且つ反例が無いから今でも力や速度はベクトルで表せるのでしょうか？
数学によって「恣意的」に作られたベクトルが何故自然現象を明確に記述する物理学において適用されるのか私には理解できないので、教えてください。
よろしくお願い致します。

No.3 ベストアンサー 回答者： windwald 回答日時： 2017/10/29 12:57

考え方が逆ですよ。

力や速度は、ベクトルの条件を満たすような定義が与えられているからベクトルで表せるのは必然です。
自然現象を理解するために、数学を利用してそれを記述しているのです。
ベクトルの条件を満たすように定義されている力や速度などについて、ベクトルでは表せないという反例があるならば、
それはそもそもベクトルの条件を満たさないことになってしまうわけで、定義に漏れがあると言うことになってしまいます。

「分解された力」なるものが何を指しているかどういう具体例を思い浮かべているのかわかりませんが、
基本的には「分解された力」は仮想上のもの。
たとえば、ある時刻において滑らかな斜面上にある物体が静止しており、このあと滑り落ちるときに働く力は、重力・垂直抗力のみです。
そしてよく、重力を斜面と平行な成分と斜面と垂直な成分に「分解」して考えていきますが、
これは重力と垂直抗力の合力のもたらす結果(物体が斜面を滑り落ちる)を考える上で必要なことだからやっているわけです。
重力と垂直抗力の合力を求めることと、
重力のうち斜面に垂直な成分が垂直抗力と釣り合っておりそれが相殺され、重力のうち斜面と平行な成分が残ると考えることは同値です。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/10/29 17:35

誰も「理解」などしていません。

そう考えて計算すると、
結果が現実とぴったり合うと「知っている亅だけです。

No.4 回答者： psytex1 回答日時： 2017/10/29 16:45

「物理は時間独立である」と言われます。

時間的変化を考慮せずとも物理法則は成り立つという事です。
時間経過が介在しなければ、空間的移動もないので、
空間的広がりはなく、全ての値はスカラーになります。
逆に言えば、その外部要因としての時間性を空間に射影した
時に、ベクトルは生じるのです。

No.2 回答者： lv4u 回答日時： 2017/10/29 12:22

>>力や大きさと向きを持ってるからベクトルで表せると言われればそれで終わりかもしれませんが、何故数学で人工的に作られたベクトルが物理現象で成り立つのか不思議でたまりません。

改めて考えると、「不思議」は物理現象には多いですよ。
たとえば、離れた位置にある磁石どうしの吸引・反発力とか、磁界とコイルに働く力、正の電荷と負の電荷に働く力、また重力自体も、学生時代に電磁気学とか交流理論などで発電機やモータを学んでいた私にとって、それらは現在でも不思議なことに思えています。

考え方としては、「恣意的」に作られ、数学の世界で発展したベクトルが、自然現象を明確に記述する物理学にうまく上手く応用できるってことが判ったから、使われているってことでしょう。
なぜそうなるのか、単なる偶然か、そこには、さらに「隠されたパラメータ」があって、それが影響しているのかは、物理の世界において「それは言わない（問わない）約束でしょう」ってことではないかと思っています。

No.1 回答者： oo14 回答日時： 2017/10/29 11:47

実際にそこに測定器を置いてみれば？

その測定値は理論値の誤差範囲におさまるか、
理論値が間違っているか、どちらかの結果になります。