livedoor【物理の勉強法】
2008年04月05日
【物理】【物理・力学第６講、「仕事とエネルギー」「運動量と力積」】
「仕事とエネルギー」「運動量と力積」
その他に必要な知識は、「仕事とエネルギー」「運動量と力積」の事です。
エネルギーは、「物や（温度含め）周囲の状態や環境を変化出来る能力の量」とでも言いましょうか…。そして仕事は実在の物体が移動した時に、必要としたエネルギーの事です。簡単に言ってしまえば。
仕事は、「物体の移動距離」と「物体の移動方向への力（の成分）」の積で表せます。
従って、「次元」で言い換えれば
（メートル）×（ニュートン）
＝（ｍ）×（�圈Γ蹇拭複鵝Γ鵝法�
＝（�圈Γ蹇Γ蹇拭複鵝Γ鵝法法瓠吻圈法漾複蹇殖鵝法漾複蹇殖鵝�
となり、俗に言う「運動エネルギー」の次元と同じであり、「仕事」と「運動エネルギー」は同じ仲間だと解るのです。（こういうのを「次元解析」って言うのでしょうか？）
その点から、「力学的エネルギー保存則」が連想されます。この「力学的エネルギー保存則」の成り立たない場合でも「失ったエネルギー」を導入した場合は、
「変化前の力学的エネルギーの和」
＝「変化後の力学的エネルギーの和」＋「失ったエネルギー」
が成り立つのです。
また、「運動量と力積」についても、「次元解析」すれば同じ物理量と判るはずです。
【物理】【物理・力学第５講、「力学の３法則」】
「力学の３法則」
物体が運動しているとしても、力が働かない場合は在ります。その時は、同じ状態を続けます。これは「慣性の法則」と呼んでいますね。止まったままの物体、等速で真っ直ぐな運動をしている物体、（大雑把に言えば）それらは結局同じ状態なのです（持っているエネルギーは違います）。「状態を変えない」＝「力の和（合力）がゼロ」、「釣り合いの状態」なのです。この感覚は、物理の初心者には理解できないことがままありますが、乗り越えてください。
逆に力の合力がゼロでない場合、物体は加速して運動するのです。そこで、「運動方程式」が出てくるはずです。
「物体へ掛かる力の合力」＝「物体の質量」×「物体の加速度」
力学の場合、物理現象の記述は、たいがいは上記「作用反作用」「（「力の釣り合い」を含む）慣性の法則」「運動方程式」の三つで成り立っているのです。
【物理】【物理・力学第３講、「次元」】
「次元」
また「物差し」の話と関連があるのですが、「速さ」と「距離」を足すことは出来ません。（ものの量を表す）質量と（力の大きさを表す）重力を足すことも出来ません。それらは、全く別の意味合いの量なのです。速さは、長さを時間で割ったもの。距離は長さそのもの。性質の違ったものを同じ扱いは出来なのです。
物理的な量（「物理量」と言います）は、「長さ」＝Ｍ（メートル）、「質量」＝Ｋ（キログラム）、「時間」＝Ｓ（秒・セコンド）、以上３つを基にして作られています。以前は色々な言い方が流通しましたが、現在はおおよそＭ・Ｋ・Ｓが主流です。これをＭＫＳ単位系と呼んでいます。
速さは（ｍ／ｓ）、長さは（ｍ）、力の単位ニュートンは分解すれば（�圈Γ蹇拭複鵝Γ鵝法砲任后�
その様に考えれば、「速さと距離は足せない数なのだ」とか、「力は、重さと加速度の積と同じだ」とかが理解できるのです。この概念を「次元」というのです。
【物理】【物理・力学第２講、「ベクトル」「方向」「基準」】
「ベクトル」「方向」「基準」
重力や速さ、また加速度などの量には、「大きさ」と「方向」が在ります。これを一遍に表す矢印、これを「ベクトル」と呼んでいます。例えば、時速３００�劼覗�る新幹線が名古屋から出ても、東京方面に行くのと大阪方面に行くのでは、乗客の到達点は全く違いますね。それらの違いを表すために「基準」を設けます。東京方面への新幹線に「時速３００�辧彗膾緤�面の新幹線に「時速マイナス３００�辧廚班集修垢襪里任后Ｂ腓�さと方向両方を表すとき、「速さ」は「速度」と呼び名が変わってしまいます。物理では、量の大きさとその方向性が重要なのです。
また、二つの物事を比べるとき、比べる基準となる「物差し」が必ず決まっているものなのです。１メートルは１００センチメートルです。２メートルの棒と２センチメートルの棒の長さを足して、２＋２＝４で４メートルだ、とはならないでしょう。物事を扱うとき、基準に照らし合わせ、対等に比較できる様に変換し直して、加減乗除をして下さい。
【物理】【物理・力学第１講・「イメージする力」】
「イメージする力」
高校での物理では、力学・熱・波動・電子・原子核、程度の分類があるでしょうか。
物理を理解することの鍵になるのは「現象をイメージできるか？」です。
内容量としては、その中の力学が全体の５０％〜６０％の比重を占めています。
その中で「イメージする」ということを考えていきましょう。
先ず、力学について。
「質点」
（摩擦・抵抗などの概念を無視すれば）運動しているのは、ただの点、質点。重さがあるのに大きさがない。こんな事は本来ありませんが、物理では「思考の単純化」の過程でしばしば使われます。重さは、常に「重心」という一点に集中している。そう言う考えを受け入れましょう。
【物理】【物理・はじめに】
これから書いていくことは、「物理の出来る」生徒さんにとっては既知であり笑い話なのかも知れません。ですから、そんな人はスルーして下さい。内容は、更新を続けていくにつれて高度になるかも知れません。でも、最初は素人さんに向けて書きたいと思います。
また、話のレベルが「物理に関しての一定以上の基礎の出来ている人向けに」上がった時点で、参考書の紹介に変更していこうと思います。
物理と言うと、地学ほどではないにしろ、高校で履修され難い科目です。もしくは、習ったとしても受験の際、敬遠される科目です。大概は化学１教科か化学・生物の受験へと流れるようです。これはあくまで私の感覚ですが。
難しいと一般に思われているのが物理です。そして公式がやたらと多い。そして解りにくい。そう言う印象が拭えないまま、物理を諦めるのです。ですが、一端コツを掴んでしまえば、覚えることが最も少ないのが物理なのです。
数学が出来る人は、物理が解り易いと思います。ただし、物理が解る人が数学が出来るかと言えばその相関は在りません。これは何を意味しているかと言えば、物理は数学と同様に問題解決へのグランドデザイン・大まかな道筋の見えている人にとっては易しい、ということです。
物理を構成している要素はとても少ないのです。少ない原理・原則・公式から様々な式が派生しています。その総てを丸暗記しようとするから、暗記地獄に陥るのです。元になっている原理、起きている現象を捉える力。それら物理の出発点をシッカリ固めないと、頭が飽和してしまうでしょう。
