Kinematics (Constant Acceleration)
運動学(kinematics)は、力の原因を問わずに「物体がどう動くか」を記述する分野です。変位・速度・加速度という3つの量と、それらを結ぶ等加速度(一定加速度)の4公式 suvat を使いこなせば、ボールを真上に投げ上げたときの最高到達点や、車が止まるまでの距離が計算できます。A-Level 力学の出発点であり、後の力学すべての土台になります。
Kinematics describes how an object moves, without asking what force causes it. With three quantities — displacement, velocity and acceleration — and the four constant-acceleration (suvat) equations that link them, you can find the greatest height of a ball thrown upwards or the distance a car travels before stopping. It is the starting point of A-Level Mechanics and the foundation for everything that follows.
Displacement, Velocity and Acceleration
変位 は出発点からの「向きつきの距離」(単位 m)。速度 は変位の変化率(単位 m/s)で、向きを持つベクトル量です。加速度 は速度の変化率(単位 m/s)。これらはすべて符号で向きを表すので、ある方向を正と決めたら、逆向きの量は負で扱います。距離(distance)や速さ(speed)は大きさだけですが、力学では向きまで含む変位・速度・加速度で考えるのが基本です。
Displacement is the directed distance from the start (unit m). Velocity is the rate of change of displacement (unit m/s) and is a vector — it carries direction. Acceleration is the rate of change of velocity (unit m/s). All three use sign to show direction: once you choose a positive direction, anything pointing the opposite way is negative. Distance and speed are magnitudes only, but in Mechanics we work with the directed quantities — displacement, velocity and acceleration.
The suvat Equations
加速度が一定のときだけ使える4つの公式があります。記号は (初速度)、(終速度)、(加速度)、(時間)、(変位)。問題で与えられた3つと求めたい1つを見比べ、使わない量が含まれない式を選ぶのがコツです。例えば「時間 が分からず聞かれてもいない」なら を使います。
Four equations apply — but only when acceleration is constant. The symbols are (initial velocity), (final velocity), (acceleration), (time) and (displacement). The trick is to match the three quantities you are given against the one you want, then pick the equation that leaves out the quantity you neither know nor need. For instance, if time is neither given nor asked for, use .
Vertical Motion under Gravity
真上や真下に投げた物体は、加速度が重力加速度 の等加速度運動になります。本コースでは特に指定がなければ m/s を使います。上向きを正にとると、重力は常に下向きなので加速度は m/s。最高点では一瞬だけ速度が になる()ことが、最高到達点を求める鍵です。落下中の物体なら下向きを正にとって m/s とすると符号が楽になります。
An object thrown straight up or down moves with constant acceleration equal to gravity, . In this course we use m/s unless told otherwise. Taking up as positive, gravity always acts downwards, so the acceleration is m/s. The key fact for finding the greatest height is that at the top the velocity is momentarily zero (). For an object that is simply falling, taking down as positive gives m/s and keeps the signs simple.
Reading Velocity–Time Graphs
速度-時間(–)グラフは情報の宝庫です。グラフの傾き(gradient)が加速度を表し、グラフと時間軸で囲まれた面積(area)が変位を表します。直線部分は等加速度、水平な部分は一定速度(加速度 )。面積は三角形・長方形・台形に分けて足し合わせれば、suvat を使わずに総移動距離が求められます。
A velocity–time (–) graph is full of information. The gradient of the graph gives the acceleration, and the area between the graph and the time axis gives the displacement. A straight sloping line means constant acceleration; a horizontal line means constant velocity (zero acceleration). Split the area into triangles, rectangles and trapezia and add them up to get the total distance travelled — no suvat needed.
Worked examples
Practice
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