物理　力学の考え方

Question

お世話になります。
物理初心者なのですが、最初のところでつまづいてしまいました。

放物線運動で、上昇中も最高点に到達したときも、はたらいている力は重力だけだと書いてあるのですが、これがわかりません。
上昇しているのだから、上に向かって力がはたらいていないといけないのではないのでしょうか？

また、このようなところでつまづいてしまう人向けの参考書、問題集なども教えていただけるとありがたいです。

hitokotonusi · Accepted Answer

少し話を変えて、走っている自転車がブレーキをかけて止まることを考えましょう。
自転車を漕ぐのをやめブレーキのハンドルを握った時、力はどちらに働くでしょう？
自転車は速度をだんだんと落してやがて止まるわけですが、前には進んでいるので力は前向きに働いている？
わけはないですよね。ブレーキで後ろ向きに力をかけるから止まるわけです。
(もっと詳細にかけば、ブレーキでタイヤの回転を止めるためにタイヤと道路の間に後ろ向きの摩擦力が発生する。)
このように、物体は力の方向に進むわけではなく、力は速度を変えるだけです。

古代ギリシアのアリストテレス以来、むかしの人々は質問者さんと同じように考えていました。
力が働いているからこそ物体はその力の方向に動くのだと。
しかし、そうではないという事を実験で見せてくれたのがガリレオ・ガリレイで、
斜面で物体を転がす実験の結果から、

『力が働いていない物体は、等速直線運動を続ける』

という法則を得ました。力をかけていなくても物体は動くわけです。これが運動の第1法則です。

では力がかかった時、どんな効果が現れるのでしょう？これに答えてくれるのが運動の第2法則で、
運動方程式、

ma = F

で表現されます。質量で割れば

a = F/m

で力が働いているということは加速度があるということで、加速度は単位時間あたりの速度の変化分ですから、
つまるところ、力は速度を大きくしたり小さくしたりする働きをします。もともととても速く動いていれば、
後ろ向きに力が働いて速度が低下してもすぐにマイナスの速度になるわけではないので、
後ろ向きに力が働きながら前に進むということがおきるわけです。

fox-vgv · Answer

先の回答についての補則です。
地球上では空気抵抗があるため、見え方がややこしくなるのではないでしょうか？

～最高点に達したとき運動が止まることを考えると～

これは斜め上方に飛翔体を発射することを想定するから起こる錯覚で
水平方向に発射すれば”最高点”は無くなります。

redgarbera · Answer

動いているからといって力が働き続けているわけではありません。
力が加わると動いていなかったものが動いたり、動いていたもののスピードが上がったりします。もちろん動いているものを止めたり、スピードを落としたりもできます。
だから、あなたがボールを投げ上げたときにはボールに上向きの力が働いています。だって、それまで止まっていたボールが上に向かって動き始めたのですから。でもそれはあなたがボールを投げ上げたその一瞬だけのことで、それからは上向きの力は働いていません。もし働いていたら、ボールがどんどん速くなっていって宇宙まで飛んでいってしまったり、重力に逆らって空中に止まっていたり、いつもより落ちてくるまでにかかる時間が長くなったりするはずですが、そんなことはありませんよね。
ちなみに、重力がない宇宙空間でものを投げると、そのものは永遠に同じ速さで動き続けます。これも、力を加えたのは最初の一瞬だけで、あとは力を加えていません。力が加わっていない場合、ものは止まっているか、さもなければ同じ速さで動き続けるのです。だから、繰り返しますが、動いているからといって力が働き続けているわけではないんですよ。

tknakamuri · Answer

力は運動を持続させるものではなく、運動を変化させるもの。

失礼かもしれませんが「マンガでわかる物理 力学編」(オーム社)あたりなら、
ご理解いただけるかもしれません。

nananotanu · Answer

打ち出された時の力で初速が決まる

運動中にかかる力で加速度が決まる

運動中にかかる力は重力だけなので、下向き。即ち上昇の向きから考えると「マイナスの加速度」。
初速に対し、マイナスの加速度が生じるのだから、だんだん速度は小さくなり、やがてうちかされて０になり(これが上空で停止する瞬間)、更にマイナスの速度＝逆向きの速度＝下向きの速度となる。だから、上空で静止したとは、下に落ちてくる。

質問者さまの考え方はアリストテレス的。物体は止まろうとするので、動かし続けるには力が必要、と。
一方、慣性の法則、って習いませんでした？本当は物体は力がかからない限り、その運動を保とうとし、運動する物体を止める為には力が必要。
ガリレオ辺りから勉強しなおしてね。

因みに、アリストテレスさんが物体はとまろうとする、と考えちゃったのは、摩擦を考慮しなかったから。

he-goshite- · Answer

「動いているものには動いている向きに向かって，（外部から）絶えず力が加わっている」
という迷信から早くのがれてください。
ここを通過しないと，「物理」のなかでも「力学」の理解は進みません。
　
物体に力を加えるためには，重力・磁力・静電気力を除けば，必ずその物体に触れなければなりません。
　
地上に在った物体がある瞬間から「上昇」し始めたなら，その瞬間には，上向きの力が（外部から）働いたでしょうが，その力の結果（力を受けた結果）として上昇している最中の物体には，もはや（その）力は働き終わっています。
　
たとえば，野球で，バッターが打ったボールには，バットが力を加えたあとは，（重力が加わるだけで）誰も力を加えていません。

tg_naka_55 · Answer

重力は発射された瞬間から落下して着地までずっと働いています。
発射から頂点迄は重力から逃れる力の方が勝っているのですが、それ以降は重力の方が勝っているのです。

fox-vgv · Answer

問題を分けて単純化すると解りやすいのでは？
飛翔体を発射するときにかかる力と発射されて慣性飛行状態になったときに
かかる力とに。

物理 力学の考え方

少し話を変えて、走っている自転車がブレーキをかけて止まることを考えましょう。

先の回答についての補則です。

動いているからといって力が働き続けているわけではありません。

力は運動を持続させるものではなく、運動を変化させるもの。

打ち出された時の力で初速が決まる

「動いているものには動いている向きに向かって，（外部から）絶えず力が加わっている」

重力は発射された瞬間から落下して着地までずっと働いています。

問題を分けて単純化すると解りやすいのでは？

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　先の回答についての補則です。

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