物理まとめ①

今日の勉強した物理の内容、気づき、反省を述べようと思います。

物理は、スカラーとベクトルの区別が非常に重要である。前者は例えば、力、電位差、エネルギー（位置、運動、弾性など）など、単位とともに大きさを表す。一方で、後者は大きさだけでなく、向きも関係する。例えば、速さと速度の違いはとても有名で、前者がスカラー、後者がベクトルに属する。車で走行していて、メーター表示には60km/hが記されていれば、それは車の速さを示す。さらに、その車がその速さで北東方向に進行していれば、それは車の速度を示す。

また、基準の設定というのも非常に重要な概念である。例えば、座標とかはまさしく原点、軸の向き、軸の間隔などを定めることで具体的に物体がある時刻においてどこに位置しているのかを数値化することができる。また、それを基準として、位置エネルギーなどを定めることができる。

仕事と力積についてはしっかり区別する必要がある。ある方向に力Ｆが加わり、物体がある距離ｘだけ移動したとき、仕事ＷはＷ＝Ｆ×ｘとなる。ただし、進行方向と垂直方向に力を受けるとき、その力のする仕事は0となる。さらに、進行方向と反対の向きに力が加わるとき、その力のする仕事は負となる。進行方向と同じ向きに力が加わっていれば、その力のする仕事は正となる。他にも、仕事をするもしくはされるという能動、受動の関係にも着目する必要がある。例えば、ある物体に力が働き、その力によって、物体の位置エネルギーが増加したとする。このとき、力は物体に対して仕事をし、また物体は力によって仕事され、その分だけ、位置エネルギーとして蓄えたと言い表すことが出来る。それに対して、力積Ｉは、力Ｆがｔ秒間だけ物体に働いたとき、Ｉ＝Ｆ×ｔとなる。また、（運動量の変化）＝（力積）、（力学的エネルギーの変化）＝（仕事）が成立する。

能動と受動の関係のように表裏一体の関係性は他の分野においてみることができる。例えば、作用・反作用の法則がある。人工衛星と地球の関係性を見るとよくわかる。人工衛星は地球から万有引力を受けることで、地球の中心にひかれ、逆に、地球は人工衛星から万有引力を受けることで、人工衛星に向かってひかれるということができる。

物理を勉強をしていて感じていることはやはり、数学との関連性が非常に強いことである。特に、三角関数、ベクトル、関数、図形と方程式、楕円、少しだけ微積が入ってくるのでこの分野をしっかり基礎固めする必要がある。また、単位に対する認識が甘いときがあるので、常日頃から数値計算だけでなく、文字計算においてもそれを意識しながら解いていきたい。