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機械の基礎(運動と仕事)
速度
物体が運動しているとき、その運動した距離をそれに要した時間で割ったものを速度と言います。
下の図よりA～Bまでにかかった速度を求めると、その速度Vは以下のようになります。
加速度
「加速度」とは単位時間あたりの速度の変化率のことです。
速度の変化がない状況では加速度は”0”となります。
速度が遅くても、速度に変化があれば加速度が発生します。
SI単位系では加速度はm／s2で表されます。
式で表すと以下のようになります。
最初の速度をV、t秒後の速度をV1とすると、加速度Sは以下のようになります。
V1 = V +Stーーーー①
となることが分かります。
つまり、t秒後の速度V1は初速VにStを加えたことになります。 また、その間に移動した距離SはVとV1の平均速度に時間tをかけたものだから
落下運動
落下運動の場合は加速度の代わりに重力加速度g(=9.8[m/s2])を用いる。つまり落下速度の式は以下のようになります。
V1 = V +gtまた、初速0の場合は
V1 = gt
で求めることができます。
【例題】
ボールが静止状態から自由落下しはじめて40m/sの速度に達する時間はいくらか。
この場合静止状態なのでV=0になります。上記式により
40 = 9.8 x t
よりt=40/9.8
より約4秒になります。
仕事
ある物体に力Fが働いて距離Sが移動した場合「力Fが物体に対して仕事をした」と言います。
その場合の仕事量Wは
動力
単位時間になされた仕事量を動力という。
単位はPで表す。
摩擦
下の図のようなグレー色の四角のブロックを右側に動かそうとするときその床との接触面に摩擦力が働きます。(動きを妨げる方向に)
その時の大きさは摩擦力をF[N]、接触面に垂直にかかる力をW[N]とすると以下の式が成り立つことができる。その時のμ(ミュー)を摩擦抵抗と言い、接触面の材質により決められている係数です。
運動の法則(ニュートンの運動の法則)
運動の第一法則(慣性の法則)
物体に外部から力を受けない限り、静止している物体は静止状態を続け、運動している物体は等速直線運動を続ける。
運動の第二法則(運動法則・運動方程式)
物体に力が働くとき、物体には力と同じ向きの加速度が生じ、その加速度の大きさは力の大きさに比例し、物体の質量に反比例する。
運動の第三法則(作用・反作用の法則)
物体に力を加える(作用)と、加えた側も同じだけの力を物体から受ける。(反作用)という法則。
