[ 中高生物理 ] ニュートンの惰性・作用(反作用)・運動の3法則

ニュートンの運動の3法則については、中学生・高校生で習います。これらの法則は実体験などで感じることができるため、直感的に理解しやすいです。ここでは、惰性の法則、作用・反作用の法則、運動の法則についてそれぞれ見ていきます。

惰性の法則 ( 運動の第1法則 )

惰性の法則の定義は、このようになっています。これは、中学生で履修しますね。

すべての物体は、外部から力を加えられない限り、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

言葉にすると途端にわかりにくくなりますね。一般的に例えられるのは電車や車などの話です。電車や車で急ブレーキを掛けたとき、体が前のめりになりますよね。あれは、体が惰性で進行方向に進もうとしているのに関わらず、無理やり体を停止しようとしているからです。

人工衛星などもそうですね。宇宙には空気もないので空気抵抗が発生せず、ずーっと同じスピードで進み続けているのは惰性のためです。

管理人が毎日惰性で晩酌しているのもこのためです。外部からの力が加えられないからです。

運動の法則 ( 運動の第2法則 )

高校生で履修するのが、この運動の法則です。以下の式で表されます。

運動の法則とは、

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。

運動方程式 F = ma

F　: 力
m　: 質量
a　: 加速度

この式は、加速度は力に比例し、質量に反比例することを表しています。

物体の落下を考えて見ます。高いところから、物体を落としたときの加速度は、9.80665 [ m / s² ] であり、これを重力加速度と言います。よってこのときの力は 質量 m が大きくなればなるほど、力が大きくなります。重いものほど、高いところから落すとその衝撃は大きくなることも直感的に理解できます。

作用・反作用の法則 ( 運動の第3法則 )

惰性の法則に続き、作用・反作用の法則も中学生で履修します。作用・反作用の法則とは、

力が相互作用によって生じるものであり、一方が受ける力と他方が受ける力は向きが反対で大きさが等しいと主張する経験則である

これは例えばどのようなものでしょうか。例えばあなたが地球上にいるということは、地球の中心に向かって重力が働いています。すべての人に分け隔てなく働いています。しかし、地球内部に吸い込まれるようなことはありません。

それは、重力と同じ力で地面が押し返しているので、地上にいることができるのです。

下向きの矢印が重力(作用する力)であり、上向きの矢印が作用される力です。