ニュートンの第2法則 F=ma は何故成り立つ?

A 回答 (5件)

その答えは今は多分ないと思います。

ニュートン物理学(古典力学)の基本中の基本公式です。F=maでだいたい大きな現象を説明できるという考え方を、物理の世界では取るべきではないでしょうか(それだけでものすごく貢献してますよね)。でもそれだけでは、物理学の発展にはつながりませんよね。何故、物体と物体は引き合うのか、何故 光速は普遍なのか、きりがありません。でも、人間はそんな疑問を一歩一歩解いていった。ニュートン力学の及ばない、ミクロ(原子)の世界の物理も解き明かし、ついには、原子爆弾、水素爆弾、原子力発電もやってしまいました。探求心が旺盛、頑張ってください。
 
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この回答へのお礼

有り難うございました。
 何故、成立するのかそれは現在まだわかっていない。人間は昔、力は速度に比例すると考えた。何故か、その方が直感的に理解しやすかったからです。その解釈が200年ほど信じられていました。しかし、ガリレイはそれが間違いであることを理想的な実験から導いた。すなわち摩擦が全くないという世界では力が働かないにも拘わらず物体に速度は存在することを推測した。そこから、物体へのかかる力はその加速度に比例することがわかったのです。
 探求心が旺盛といわれますが、これは力学のみならず物理学の基本中の基本です。これを全くのうのみで、それが解き明かされた経緯も知ろうとせず盲信する方が間違っている。現在の日本のエネルギー事情を良く知っておられる方なら原発なくしてこれからの日本はやっていけないことを十分ご承知のはずです。

お礼日時:2001/06/29 13:27

第2法則についての私の認識は、


「加速度は、力に比例し、重力質量に反比例する。質量は、受ける重力の大きさをあらわすと同時に、加速しにくさも表すことを発見した。」
というものです。そして、何故なのかを考えることが無意味だとは思いません。
発見された法則が何故成立するかを考えることで、物理学は進歩してきたのでは
ないでしょうか?

第1法則についての私の認識は、
法則ではなく、第2・第3法則が成立する為の前提であると思います。つまり、
「慣性系で考ますよ」と前置きしているだけではないでしょうか?

質問の回答にはなっていないかもしれませんが、悪しからず。
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ニュートン力学の範囲内で言うならば、


F=ma
は法則と呼ぶよりも、むしろ慣性質量mの定義にほかなりません。
m = F/a
同じ力Fを掛けたのに加速度aがモノによって違う。その違いが慣性質量mって訳です。
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この法則が何故成り立つかは分かりません。


ただ、マクロの世界では、これから導かれるいろいろな現象が正しいことは疑いありません。

ここら辺のいきさつを考えてみましょう!!

物理学の法則は導くことは出来ないではないでしょうか?もし、その法則が導かれたら、その法則は法則ではなくなります。いろいろな現象や実験から法則が導かれてきます。この導かれた法則(例えば、F=ma)を用いて、放物体や斜面の問題を解いていきます。

ミクロの世界や光の速さに近い物体の世界では、ニュートン力学は破綻しました。ミクロの世界では、量子力学が生まれ、光の速さに近い世界では、アインシュタインの相対性理論が生まれました。

量子力学のシュレディンがー波動方程式がなぜ成り立つか?これは導くことはできませんが、水素原子に適用して、大成功を収めました。これでこの方程式が正しいと認められました。このように、その法則から導かれた結果が正しいければ、その法則は正しいと判断されます。

しかし、あなたのように探究心旺盛の青少年は、ここら辺のこと、もっと考察されて納得がいくまで探求して下さい。 

F=maは、力Fを定義しているようですが? mは天秤で計れ、aは長さと時間がわかれば測定できます。これにより,力Fが導かれます。如何でしょうか?あなたの探究心で考えて見て下さい。ついでに、もう1つ、F=0のときは、ma=0で、a=0ですから、速度V=一定となり、運動第1法則が導かれました。では、なぜ、運動第1法則はあるでしょうか?存在意義はあるでしょうか?

長くなりすぎました、ここらで失礼します。
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物には慣性があるから。



外力を加えられたときの動きやすさ(慣性の大きさ)をあらわす係数が、慣性質量mだから。

慣性質量と重力質量が等しいのはなぜかというと・・・・一般相対論の話になるんでしたか、ちょっとそこまでは。(^^;;
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1.加速度aで運動している質量mの物体が持っている力
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また、同じような質問ですが、等速円運動している物体の運動方程式、F=mrω^2について、

1.半径r、角速度ωで円運動している質量mの物体が持っている力
2.質量mの物体を、半径r、角速度ωで等速円運動させる為に必要な力

のどちらが正しいのでしょうか?
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

>1.加速度aで運動している質量mの物体が持っている力
>2.質量mの物体に加速度aを生じさせる為に必要な力

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 作用・反作用と言いはしますが、片方を作用と見た場合は、他を反作用と呼んでいるだけで、立場を変えれば逆の呼び方になります。力は必ず二つセット・反対向きで生じるということで、作用と反作用対等なんですね。

 なぜ反作用が生じるかですが、物事を観察した結果の経験則で、原理です。作用・反作用は、ニュートンの力学では第三法則(原理)とされています。理論を作るに当たって、説明抜きに事実として受け入れるものを原理といいます。つまり「なぜそうなるのか?」に答はありません。もしかすると今後、物理学が発展すれば、さらに詳しく説明することができるかもしれませんが、今のところ、説明できないものであるままです。

 しかし、なぜ「反作用」というものを考えたかの説明はあってもいいですね。それならあります。

 極端な例の一つとして、地表に置かれた静止している物体を考えてみます。物体には、もちろん重力で下に引かれる力がかかっています。ニュートン(やガリレイ)の考え方としては、物体に力がかかれば、加速度を生じるはずです。でも静止したままです。

 静止しているということは、物体にかかっている力を全部考えたら、合計して0になるはずです。そこで、物体は重力で下に引かれているが、それと同じ大きさの力で上に押されていると考えれば辻褄が合います。その力は物体と地面が接する場所で生じていると考えると分かりやすく、地面が物体を上向きに押しているということになります。

 重力により物体にかかる力を作用とすれば、地面が物体を押し返す力が反作用ということになります。二つがキャンセルし合うので物体は静止したままでいいことになります。

 もう一つの極端な例として、無重力の宇宙空間に浮かんだ物体を手で押すとしましょう(押す人はどこかに固定されているとする)。物体はどこに接しておらず、従ってどこかから反作用を受けそうにありません。すると、どんなに重い物体でも手で押した速さで進んでくれそうです。

 しかし、宇宙ステーションの紹介映像などで分かるように、そうはなりません。軽いものは楽に押せますが、重いものは思う通りに押すのは大変です。

 手で押す力を作用と考えると、このときの反作用は加速度から生じています。ニュートンの第二法則では、「F=ma(力=質量×加速度)」となっています(これも原理で説明抜き)。同じように押すとするというのは、加速度が同じということです。それに必要な力は質量をかけたものになりますから、重いものほど強い力で押す必要があるのです。物体が押されて加速すること自体が反作用になるわけなんですね。

 こういう考え方は、ちょっと奇妙な感じがします。この他に、「静止と等速直線運動は同じ」と考えたりします。普通に考えれば、動いているものと止まっているものは違いますよね。また、「同じ速さで真っ直ぐ走っている列車に乗っている人からすれば、動いているのは地面である」と考えたりもします。どれも奇妙な考え方です。列車に乗れば動いているのは自分だと、普通は思いますもんね。

 これは、ニュートン力学が理論としてうまく成立するためには、そういう考え方をしましょうということなんです。そういう考え方は常識と合わない奇妙なもののようでいて、しかし破たんが生じるわけではないし、そのほうが使う数式が簡単になったりします。

 力学を勉強し始めると、「ガリレイもニュートンも、何言ってんだ?」ということがいろいろあるんですが、そこを辛抱して勉強を進めると、「ああ、なるほど、こうしたいから、そう考えておこうということか」となってきます。

 作用・反作用と言いはしますが、片方を作用と見た場合は、他を反作用と呼んでいるだけで、立場を変えれば逆の呼び方になります。力は必ず二つセット・反対向きで生じるということで、作用と反作用対等なんですね。

 なぜ反作用が生じるかですが、物事を観察した結果の経験則で、原理です。作用・反作用は、ニュートンの力学では第三法則(原理)とされています。理論を作るに当たって、説明抜きに事実として受け入れるものを原理といいます。つまり「なぜそうなるのか?」に答はありません。もしかすると今後...続きを読む

Q気柱の共鳴

共鳴ってなんですか?気柱の共鳴ってなんですか?どうやったら気柱が共鳴するんですか?それと波の分野がよくわからないんですが、どうすれば得意になれるんですか?

Aベストアンサー

お返事ありがとうございます。お返事遅くなってすみません。
気柱の気は気体の気です。気柱は即ち笛等の中のように空気の柱を言います。
さて、共振とか共鳴とは、ある物体に外から周期的な力を加えた場合、その周期と
物体の持つ固有振動数が一致した場合に物体の振動が極度に成長することを言いま
す。例えばブランコをこぐとき、てきとうなこぎ方ではダメですが、ブランコの長
さにあった周期でこげば、どんどん振れ幅は大きくなります。
ビンをボーっと吹くとき、無意識にやっていることは、息の強さを調節して上手く
鳴る所を探しています。ビンを吹くと、吹いた息はビンの口にあたり、ビンの中に
入ったり外に出たりを繰り返し、「波」になります。息を強く吹くとその繰り返し
は早くなり、弱くすると遅くなります。前回の回答でも書きましたが、ビンの長さ
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合にできる、どちらにも進まない波のことです。場所によってまったく振動しない
場所「節」ともっとも強く振動する場所「腹」ができます。楽器の弦や気柱には長
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前回の回答では定常波=共鳴のように書いていましたが、以上のように違います。
定常波の立つ条件(波長と長さの関係)の件と合わせ、申し訳ありませんでした。

以上

お返事ありがとうございます。お返事遅くなってすみません。
気柱の気は気体の気です。気柱は即ち笛等の中のように空気の柱を言います。
さて、共振とか共鳴とは、ある物体に外から周期的な力を加えた場合、その周期と
物体の持つ固有振動数が一致した場合に物体の振動が極度に成長することを言いま
す。例えばブランコをこぐとき、てきとうなこぎ方ではダメですが、ブランコの長
さにあった周期でこげば、どんどん振れ幅は大きくなります。
ビンをボーっと吹くとき、無意識にやっていることは、息の強さを...続きを読む

Q分子結晶と共有結合の結晶の違いは?

分子結晶と共有結合の結晶の違いはなんでしょうか?
参考書を見たところ、共有結合の結晶は原子で出来ている
と書いてあったのですが、二酸化ケイ素も共有結合の
結晶ではないのですか?

Aベストアンサー

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素SiO2の場合も
Si原子とO原子が共有結合し、この結合が立体的に繰り返されて
共有結合の物質というものをつくっているのです。
参考書の表現が少しまずかったのですね。
tomasinoさんの言うとおり、二酸化ケイ素も共有結合の結晶の1つです。

下に共有結合の結晶として有名なものを挙げておきます。

●ダイヤモンドC
C原子の4個の価電子が次々に4個の他のC原子と共有結合して
正四面体状に次々と結合した立体構造を持つのです。
●黒鉛C
C原子の4個の価電子のうち3個が次々に他のC原子と共有結合して
正六角形の網目状平面構造をつくり、それが重なり合っています。
共有結合に使われていない残りの価電子は結晶内を動くことが可能なため、
黒鉛は電気伝導性があります。
(多分この2つは教科書にも載っているでしょう。)
●ケイ素Si
●炭化ケイ素SiC
●二酸化ケイ素SiO2

私の先生曰く、これだけ覚えていればいいそうです。
共有結合の結晶は特徴と例を覚えておけば大丈夫ですよ。
頑張って下さいね♪

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素Si...続きを読む

Qhave betterとhad better

この二つの違いって何なんですか?
なんかの歌詞で見たことがあるけど、学校ではhad betterでしか習ってません。
意味はどんな風になるんでしょうか?
いまいちわかりません。
いろいろ英語を知るために、教えてください~。

Aベストアンサー

"had better"をわざわざ学校で教えるのは、これが熟語だからです。
英語にも、単語と単語が結びついて、本来とちょっと違った、特殊な
意味で使われる場合があります。これが熟語です。
例えば、
send for~
で、「(医者や警察、消防を)呼ぶ」という意味になりますが、
本来、sendには「人を呼びにやる」という意味がありますが、
send forで「呼ぶ」というちょっと新しい意味がでてきます。
send in~
で「提出する」という意味になります。
sendだけでなく、いろいろな動詞でこういうことが起こります。
また、熟語というのは動詞に限ったことでもありません。
英和辞典だけでなく、こういう熟語に興味をもったら、英語の熟語
辞典を購入すると良いでしょう。

had betterは、学校で一般にならって感じるよりも、ずっと強い
命令口調に実際は受け取られことが多いです。
「~するほうがよい。」と訳されますが、もっとニュアンスとしては、
命令に近い感じです。
You had better go.
では「行った方がいいよ。」と訳されますが、
強い口調でいえば、
「行った方が、あんたの身のためだよ。」
みたいな脅迫に使われることもあります。
あと、目上の人には、日常会話で、
まず、絶対使ってはいけません。

学校では、よくこの熟語を教えますが、
教えられるよも、かなり強いイメージを
与えるので、私はあまり好きな表現ではありません。
ネイティブとの会話では、あまり頻繁に使わないほうが
いいです。

余計なことまでいいましたが、試験ではなぜか良く出るので
しっかり覚えておいてください。

"had better"をわざわざ学校で教えるのは、これが熟語だからです。
英語にも、単語と単語が結びついて、本来とちょっと違った、特殊な
意味で使われる場合があります。これが熟語です。
例えば、
send for~
で、「(医者や警察、消防を)呼ぶ」という意味になりますが、
本来、sendには「人を呼びにやる」という意味がありますが、
send forで「呼ぶ」というちょっと新しい意味がでてきます。
send in~
で「提出する」という意味になります。
sendだけでなく、いろいろな動詞でこういうことが起こりま...続きを読む

Qベルヌーイの定理とは?

初心者にも分かり易くベルヌーイの定理を教えてください。

Aベストアンサー

ベルヌイの式とは、皆さんが回答されているとおり、流体に関するエネルギー保存の式でいいと思うのですが、初心者に誤解を与えかねないような回答がありますのでコメントさせて下さい。

まずNo.4の方がおっしゃっているのは連続の式のことでベルヌイの式とは関係がありません。非圧縮性流体とは密度が一定の流体のことを意味し、流れが速かろうが遅かろうが分子間の距離は一定のままです。また分子間の距離は圧力とは関係がありません。関係するのは温度です。

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Q大学のレポートの「考察」と「感想」の違い

大学の実験レポートで最後に実験の「考察」そして「感想」を書かなくてはいけないのですがなぜか「考察」ってどんなこと書けばいいのでしょうか?
色々考えてみたのですがなぜかどっちも同じようになってしまいます。

そもそも「考察」の意味が分かってないのかも…

色々教えてください。

Aベストアンサー

実験レポートの書き方は下記のようです。
【実験の目的】
どうしてこの実験が必要かを書きます。
【実験の器具、設備】
使用した器具、薬品を書く。
【実験の進めかた】
実験をどのように進めたかを書く。記録です。
【実験の結果】
どのような結果が得られたかを書く。
【考察】
実験のデーターからどのようなことがわかったかを
詳細に書くことですね。
これが重要ですね。結果から予測できることを簡潔に書きます。
失敗とか予想外の結果が得られた時ほど、
今後の実験に多いに影響しますので、
細かく書く必要があります。

下記のレポートの「考察」を参考になさってください。

参考URL:http://bw-www.ie.u-ryukyu.ac.jp/~j99029/rpc/


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