運動方程式 ■わかりやすい高校物理の部屋■
運動方程式 押すと加速する 宇宙空間に浮かぶ鉄球を押すと鉄球は動き出します。加速度が生じるのです。 物体に力を加えると加速度が生じます。 力が大きいほど勢いを増す 物体に加える力が小さいとあまり加速しませんし、大きな力を加えれば大きく加速します。加速度 a [m/s2] は力 F [N] に比例するのです。 a ∝ F 。 グラフで表すと、このようになります。 質量が大きいと動かすのが大変 加速度の大きさを決める要因がもう一つあります。 物体の質量が大きいとなかなか勢いが増しません。同じ力を加える場合、質量が大きい物体はあまり加速しません。加速度 a は質量 m [kg] に反比例するのです。a ∝ \(\large{\frac{1}{m}}\) 。 グラフで表すと、このようになります。 運動方程式 加速度 a が力 F に比例し、質量 m に反比例することを運動の法則、または運動の第2法
水圧 ■わかりやすい高校物理の部屋■
水圧 水圧の原理 容器の中に入れられた水は、容器側面や底面を押しています＊左図の容器は密閉されてませんが、だからといって上面には何も力が掛かってないわけではなく、水は上向きに大気を押しています。水面では、大気が下向きに水を押し、水が大気を上向きに押しています。左図ではそれらを省略しています。 閉じる。水中に物体があればそれを押しています。また、水分子同士も押し合っています。このときの水の圧力を水圧といいます。（高校物理では静止している流体の圧力、静圧（静水圧）のみを取り扱います。川の流れやホースによる流水のような動圧（動水圧）については考えません。） 左図のように水分子が並んでいるとします。隙間無く並んでいて静止しています。（実際には水分子はもっと複雑な配列で並んでいますし、各分子は揺れ動いています。左図は説明のための仮想モデルです。） 右上の分子に着目してみますと、この分子には重力が掛か
ドップラー効果１ ■わかりやすい高校物理の部屋■
ドップラー効果の原理 ドップラー効果 電車に乗っているとき、踏み切りのカンカンカンという警報音を聞くと、通り過ぎる前は高い音に聞こえ、通り過ぎた後は低い音に聞こえます。また道を歩いていて、救急車がサイレンを鳴らして近づいてくるとき、音がだんだん大きくなるとともに音が高い音に聞こえ、救急車が通り過ぎたとたんに音が低い音に聞こえます。このように観測者と音源が互いに近づいたり遠ざかったりするときに音の高さが変わることをドップラー効果＊19世紀のオーストリアの物理学者クリスチャン・ドップラーが発見しました。閉じるといいます。 音の感知 左図は音を感知している様子を表したアニメーションです。 青線の間隔は波長の大きさを表しています。 赤色の点滅の速さは振動数の大きさを表しています。点滅が速いということは振動数が大きい（音が高い）ということです。 観測者が動くと振動数が変わる 観測者が動くと、観測者が
ホイヘンスの原理 ■わかりやすい高校物理の部屋■
波面 水面に石を投げ込むと円形の波が広がっていきます。このときの波というものは、水面の各地点の内の、山なら山、谷なら谷の点（同位相の点）を結んだ線（3次元的にいえば面）です。このような面を波面といいます。波の進行方向と波面とは常に垂直です。 波面が平面のものを平面波といい、波面が球面状（同心円状）のものを球面波といいます。円形に広がっていく波も球面波の一種です（立体的な球面を平面で分断すると円になります）。球面はどんどん大きくなると平面に近くなるので（地球の地表が平面に感じられるのと同じように）、波源から遠く離れた球面波は平面波とみなせます。 ホイヘンスの原理 直線状（１次元）の媒質を進んでいく波の方向は前か後ろかでしたが、水面や空中（２次元、３次元）における波の方向や形についてはそう単純ではありません。このときに使う考え方がホイヘンスの原理です＊17世紀のオランダの物理学者クリスティアー
固定端・自由端 ■わかりやすい高校物理の部屋■
固定端・自由端 固定端・自由端と位相 波を伝える媒質の端が固定されているときと固定されてないときでは波の反射の仕方が違います。 左図のように媒質の右端が固定されているとき、左からやってきたパルス波の反射波は左図のようになります。このような端を固定端といいます。反射波は入射波を固定端を中心に点対称に写したような形になります。波のタイミングが山だったものが谷となって反射します。このことを位相が πズレるといいます。 媒質の右端が固定されてないとき、左からやってきたパルス波の反射波は左図のようになります。このような端を自由端といいます。反射波は入射波を反射面で線対称に折り返したような形になります。波のタイミングが山だったものが山のまま反射します。位相は変わらないということです。 反射面付近は複雑 反射面付近はちょっと複雑なのですが、波の形は仮想的な入射波と仮想的な反射波との合成波となります。合成
波の重ね合わせの原理 ■わかりやすい高校物理の部屋■
波の重ね合わせの原理 左から 1m の波がやってきて、右から 2m の波がやってきたとすると、衝突したときの波の高さは 3m になります。二つ以上の波が重ね合わさってできた波を合成波といい、その高さがそれぞれの波の高さの和になることを波の重ね合わせの原理といいます。 左図のような二つの波が衝突すると、 このような合成波ができますが、 これは単純に二つの波の高さを足し合わせただけのものです。 （このような形の波は現実には無いかもしれませんが）、波はお互い通り過ぎると何も無かったかのように元の形に戻ります。このことを波の独立性といいます。
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横波と縦波 ■わかりやすい高校物理の部屋■
横波と縦波 横波と縦波 媒質の揺れる方向が、波の進む向きと垂直である波を横波といい、 媒質の揺れる方向が、波の進む向きと同じである波を縦波といいます。 縦波は密になっている部分と疎になっている部分があるので疎密波ともいいます。 縦波は横波に変換する 縦波（疎密波）は作図するのが難しく、波の様子を読み取るのも困難なので、横波に変換して考えることが多いです。 波が起きてない場合の媒質の位置（基準点）からのズレを見て、 たとえば、 オレンジの棒が右へ 3mm ズレているとすると、これを上への 3mm のズレと変換し、 青の棒が左へ 5mm ズレているとすると、これを下への 5mm のズレと変換します。 進行方向へのズレを上へ、進行方向と逆方向へのズレを下へ、変換です。 すべての点についてこの変換を行うと、 左図のようなグラフが得られます。粗密の状態が横波のグラフへ変換されました。縦波の問題が出題
交流発電機 ■わかりやすい高校物理の部屋■
交流発電機 継続的に電流を発生させる 『電磁誘導』項で説明した電磁誘導というのは、あくまでも磁束が変化しているときにだけ起こる現象です。 磁石の動きを止めると電流は流れなくなってしまいます。 磁石を動かし続ければ電流は流れ続けます。 あるいはコイルを回転させ続ければ電流は流れ続けます。 交流発電機の原理 N極の磁石とS極の磁石の間に置かれたコイルを回転させる＊あるいは、磁石の方を回転させる場合もあります。 閉じることによって交流電流を発生させる装置が交流発電機です。 （分かりやすいようにコイルの半分を黒色に、半分をグレーにして描いてみました）。スリップリングはコイルと一体化していて、一緒に回ります。スリップしながらブラシに接触し続けます。 直流発電機の場合は、整流子とブラシが用いられます。直流発電機においては、コイルに発生する電流の向きが交互に変わるのを、元に戻さなければならない（常にbか
レンツの法則 ■わかりやすい高校物理の部屋■
レンツの法則 電磁誘導 左図のようにコイルと磁石を近づけたり遠ざけたりすると、コイルに電流が流れます。コイル内の磁場が変化すると、電流が流れるのです。 この現象を電磁誘導といい、生じた電圧を誘導起電力、流れた電流を誘導電流といいます。 （『電磁誘導』項もご参照ください） このことは『電流がつくる磁場』項で説明したことと逆のようなものです。ただし磁場（＝磁力線）があるだけで電流が流れる、というわけではなく、磁場が”変化”したときだけ電流が流れる、のです。 レンツの法則 このとき流れる誘導電流の向きには決まりがあります。 磁石のN極がコイルに近づいてくると、その磁力線（＝N極から出てS極に入る）に抵抗するかのような新たな磁力線が発生します。この磁力線は磁石の動きを阻止しようとします。 左図の紫矢印の方向の磁力線を発生させるのは、右ねじの法則により、赤色矢印のような方向の電流です。 つまり、磁石
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力のつり合い ■わかりやすい高校物理の部屋■
直流発電機 ■わかりやすい高校物理の部屋■
陰極線 ■わかりやすい高校物理の部屋■