じてん 太陽が南でいちはん高度の高い時刻が , その 究の 地球は自転を 土地の正午であり , 次の正午までが , 24 時 じてん 閻で 1 日である。地球の自転による , 太陽の見かけの動 しているのたろうカ みっちゃく きは , 人間生活に密着している。そのしくみを考えよう。 じてん していると仮定する。そうすると , 太陽が南中し 地球の自転 てからちょうど 360 。回転して , 次に南中する。 われわれ 0 地球の自転地球上の我々には , ふだんは地 そのため , 自転周期も 24 時間となる。 球が自転していることを実感できない。地球の自 ところが , 地球は太陽のまわりを運動している 一年は 360 日とする、」 うちゅうせん 転は , 宇宙船に乗って地球から外へ出て , そこか ( 公転している ) 。そのため , 太陽が南中してか は p. 円 4 で詳しく学習する ら地球をながめ ( 鳥かんし ) て , 初めて実感できる 1 恒星日 ( 約 23 時間 56 分 4 秒 ) 、高い所からながめること げんしよう 現象である。 0 自転周期地球が , 360 。回転するのに要す 同 ☆ーー る時間を , 自転周期という。太陽が , 南中してか ら次に南中するまでの時間を , 24 時間 ( 1 日 ) と するならば , 地球の自転周期は , 23 時間 56 分 4 秒となって約 4 分短い。 このことを説明すると , 宇宙空間に太陽と地球 があり , お互いに位置を変えずに地球が自転のみ 公転しなしト」 星の動き 北天の星は , 1 時間に約 15 。ず っ北極星を中心 に反時計まわり に回転。 かてい 1 平均太陽日 ( 24 時間 ) 南中してから次に南中するまでに 361 。回転する。 こうせい 1 太陽日と 1 恒星日 太 ) 地球 たが 北の空 23 時間 56 分 4 秒で 1 回転 東の空 西の空 南の空 1 92 ・地学
しめ すなわち , 投げ上げてから 2 秒後 , 最高点に達 していることを示しているので , 物体の自由落下 とうかそくど 運動は , 等加速度運動 ( 自由落下は直線上の運動 して一瞬静止することになる。 は加速度の大きさは 9.8 m / 秒 2 なので等加速度直線運動といえる ) である。 0 最高点からのポールの運動ポールが最高点 ③結果のグラフから求めた加速度は , 時間の単位 に達して一瞬静止し , それから自由落下していく。 が〔打〕であるので , これを〔秒〕単位で表しなおす 自由落下では , 1 秒間に 9.8m / 秒ずっ速さがふえ かんかく には , 1 打の時間間隔が何秒であるかを調べる。 ながら落ちていって , 初めの位置にもどる ( ここ 例えば , 1 打の時間間隔が一一秒であれば , 5 での速さは 19.6 m/ 秒となっている ) 。 50 最高点からもとの位置にもどるまでの時間は , 1 打は , ー・秒 x 5 打 = 0.1 秒間隔となっている。 最高点までにかかった時間と同じ 2 秒である。 真上に投げ上げた物体の運動 0 0 0 例題で理解しよう ! 0 0 0 ボールを真上に投げ上げたときのボールの運動 tA 移動距離 ら鉛直投け上けまたは鉛直投射という わりあい を考えてみよう。 A 駅を発車した電車が , 同じ割合で加速し , 4 0 ポールの上向きの運動真上に投げ上げられ 分後速さは 60km / 時になった。速さが 60km / 時 になったところで , 同じ速さで 5 分間走り続けた。 たボールには , 下向きに 9.8m / 秒 2 の重力加速度 し 980 c Ⅲ / 秒 2 , p. 595 参照 B 駅に近づくと同じ割合で減速し , 減速してから がはたらくから , 1 秒間に 9.8 m / 秒ずつ速さが げんしよう 3 分後 B 駅に停車した。 A 駅から B 駅までの距離 減少していく。 を求めなさい。ただし , A 駅から B 駅までの線路 0 ポールの最高点でのようすボールは 1 秒間 は直線になっているものとする。 に 9.8 m / 秒ずっ速さが減っていく。そして , ポ ゼロ A 駅を発車してから速さ 60 km/ 時に達するま ールの速さが 0 になるとき , ポールは一瞬静止す での 4 分間 減速して ' こが , ポールの最高点である。 走った距離 と , B 駅に時 60 最高点に達するまでの時間・・・例えば , 投げ上げ 近づいて減速 A 駅 等速で走った た初めの速さを 19.6 m/ 秒とする。 1 秒間に 9.8 速し始めて 加速しを距離 ゼロ m / 秒ずつ速さが減っていき , 速さが 0 になるま 走った距離、 から停車す、 -- ー ' 0 9 で〔秒〕かかったとすると , / は次のように計算 時間〔分〕 るまでの 3 できる。 分間 , 電車は等加速度直線運動をしている。また , 19.6m / 秒ー 9.8m / 秒 2x / 秒 = 0 速さが 60 km/ 時に達したときから減速し始めると 乙 = 2 〔秒〕 きまでの 5 分間は , 電車は等速直線運動をしている。 A 駅から B 駅までの距離は , 上図のグラフと横軸 で囲まれた面積である。 加速して走った距離 60km/ 時 x—時 x—=2km 減速して走った距離 60km / 時 x ー一時 x ー = 1.5km 等速で走った距離 60km/ 時 x—時 =5km 60 したがって , 2 km 十 1 . 5 km 十 5 km = 8.5 km [ 解答 ] 8.5 km 〔参考加速したときの加速度 60 km / 時← - 一時 = 900 km/ 時 2 減速したときの加速度 60 km / 時 + 一時 = ー 1200 km/ 時 2 第 4 章運動■ 597 50 げんそく いっしゅん 解き方 12 4 0 最高占 19.6 ↓ 速さ〔 / 秒〕 一ここからは自由落下運動一 だんだんはやくなる だんだんおそくなる △ ABO の面積が 最高点の高さ 取咼点の局さ ー X19.6X2 2 秒 4 秒 時間 上向き 60 60 下 向 き 19.6 m/ 秒 同じ速さで 向きが逆初めの速度で投 げおろしたのと 同し 真上に投げ上げたときのボールの速さと時間の関係 60 60
ぎやく かたむ なるので , グラフの傾きが大きくなる。逆に , 速 さがほば同じに なっているので , さがおそくなると移動距離が小さくなるので , グ 速 台車は等速運動 さ ラフの傾きは小さくなる。 をしていること 物体の運動について , 時間 (t) と移動距離 (s) 5 打 がわかる。 の関係をグラフにしたものを s ー t グラフという。 5 打点ごとの - / 図ともいう ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩ このグラフで , 直線の傾きは速さを表している。 テープの長さは , 時間〔 5 打〕 0 速さ - 時間のグラフ物体の運動について , へいきん その時間内の平均の速さを表している。 時間 ( t) と速さ ( のの関係をグラフにしたものを また , テープの長さ全体は , 台車の走った距離で じー t グラフという。 あるから , グラフの速さ ( テープの長さ ) と時間軸 らに / 図ともいう けいか 等速直線運動は時間が経過しても速さは一定だ ( 横軸 ) とに囲まれている部分の面積は台車が走った よこじく 距離を表すことになる。 から , 下の - グラフのように , 時間 ( 横軸 ) に 平行な直線となる。 0 0 0 例題で理解しよう ! 0 0 また , グラフと横軸に囲まれた部分の面積 ( す なわち , 速さ x 時間 ) は , 物体の移動距離を表し 等速運動 3 台の自動車 ている。 140 がまっすぐな高 B より速さが大きい A 120 速道路を同じ向 移 100 距 80 きに向かって走 B 60 っている。ある 40 時点から , それ 20 ぞれの自動車の 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 走った距離を測 時間〔秒〕 定すると右のグラフのようになった。 このグラフを用いて , 次の問いに答えなさい。 ( 1 ) 等速直線運動をしている自動車はどれか。 ( 2 ) 3 台の自動車の中で , 速さの最も大きいのは どれか。また , その自動車の速さはいくらか。 ( 3 ) 自動車 B の運動を基準にしたとき , 自動車 A の速さはいくらか。 ( 4 ) 自動車 A , B がグラフのような運動を続けて いくと , 10 分間で何 m の差がつくか。 ( 1 ) 直線のグラフは速さが一定である。 ( 2 ) グラフの傾きは速さを表している。 A の傾きは , 100 m = 25 m/ 秒 4 秒 ( 3 ) B から見た A の速さは , A の速さと B の速さの差 であるので , 100 m 100 m = 25 m / 秒ー 20 m / 秒 = 5 m/ 秒 4 秒 5 秒 ( 4 ) 距離は A と B の速さの差に時間をかけたものであ るから , 5 m/ 秒 x 60 秒 x 10 = 3000 m 第 (I)A と B の自動車 ( 2 ) A の自動車で 25m / 秒 ( 3 ) 5 m/ 秒 ( 4 ) 3000 m 第 4 章運動・ 593 いどうきより 000000. % 0 % 00000 ・ 00 % み 0 ■ 0 000 % 0 ■ 000 ■影 0 ■ 000 ■ 0 ・ > 距離 = 速さ >< 時間 距離 > 速さ = 時間 ー→ 距離 > 時間一 ー速さ 速 さ s = 面積は物体の 移動した距離 0 0 時間〔秒〕 ー t グラフ速さと時間のグラフ 0 等速直線運動の移動距離等速直線運動での 物体の移動距離は , 速さ x 時間で表される。 そくてい 等速直線運動の測定 下図のように台車に記録テープをつけ , まず斜 面上を走らせる。そのあと , 斜面から水平面に順 に走る台車の運動を記録タイマーで記録する。 約 2m くらいの記録テープ 記録タイマー てい きじゅん めん 解き方 かたむ 台車 イク ④ ①② 記録テープを 5 打点ごとに切る [ ー記録テープを 5 打点ずつに切りとり , 右上図のように台紙にはりつける。 まい 球テプの引 6 枚目のテープからは , テープの長 ⑤
電力量は仕事の量であるから , 1Ws の仕事の 2 , 電力量 量は 1 ジュールい p. 604 参照 ) で表される。 そくてい せきさんでんりよくけい 0 電力と電力量電力は 1 秒間あたりに消費さ 0 積算電力計電力量を測定するのが積算電力 積算電力量計ともいう、」 れる量であるが , ある一定時間に消費した電力の 計である。下の写真のように , 積算電力計の内部 総量を電力量という。 にアルミニウムの円板があり , 円板の回転数で使 0 電力量の単位ワット時 ( 記号 Wh ) やキロワ 用電力量がキロワット時単位で示される。 ット時 ( 記号 kWh) がある。 ワット時・・・ 1 Wh とは , 1 W の電力を 1 時間使 用したときの電力量をいう。 キロワット時・・・ 1kWh = 1000Wh [ 注意〕ワット時・・・時間の単位として〔時〕を使ったが , 〔秒〕を使ってもよい。そのときの単位は , ワット秒 ( 記号 (s) となる。 0 電力量を求める式一般に , 電力量の記号は 〃を用い , P 〔 kW 〕の電力を乙〔時間〕だけ使用し たときの電力量〃〔 kWh 〕は次の式で求められる。 電力量〔 kWh 〕 = 電力〔 kW 〕 x 時間〔時〕 例えば , 「 100V ー 80W 」の電球を , 100V で 1 時間つけつばなしにしておいたら , 80 W x 1 h = 80 Wh 'h は時間を示す 80Wh の電力量が消費された。 0 電力量と仕事電気も , 「人が物体を動かす」 のと同じように , モーターを使って物体を動かす ことができる。このことから電気も「仕事」をし ている。よって , 電球の電力量も仕事の量である。 電力は 1 秒あたりの消費する電力量であるので , しごとりつ 仕事率である。い p. 609 参照 ) しめ 確認してみよう。 いつばん 積算電力計 「・ 0 例題で理解しよう ! 0 0 0 電力量 消費電力 200 W のテレビを 2 時間 , 30 W と 15 けいこうとう W の蛍光灯をそれぞれ 5 時間 , さらに 1.2 kW の 電子レンジを 4 分間使用したとき , 電力量は何 Wh になりますか。 全体の消費電力量を求めるには , 各電気器具で 消費した電力量の和を求める。単位を Wh に統一し て計算することに注意。 = 705 〔 Wh 〕 200X2 十 ( 30 十 15 ) x5 十 1200X ーー [ 解答 ] 705 Wh * 1 ワット・・・仕事率の単位ワットは , 蒸気機関の改良で有名 なイギリスの機械技師ワット (James Watt, 1736 ~ 1819 ) の名 をとったものである。 解き方 とういつ 4 60 じようききかん = 抵抗 : 電力を水車で回す水で考える p = 電力 電源装置 差 は あ る 水 落水 差量 が はは 小多 さい ck いが 水量が多いだけであったり , 落差が大きいだ けであれば水車を回転させる大きな水力は得ら れない。水量を電流 , 落差を電圧として , 水力 = 電力がどうなるか考えよう。 第 3 章電流のはたらき・ 尸→大 P →小 尸→中 P →中 →中 →中 →大 尸→小 →大 並列回 直列ロ 抵抗のつなき、方と電力の関係 火→小 →ノハ 十 ていこう 555
人のガらだのミニ知識 科学の広場 きけい 」骨の数と奇形ヒトのからだをつくっている 」肺胞空気は鼻孔からいん頭 , 気管 , 気管 骨の数は , 全身で 206 個ある。 ( けんのつけねに 支と人って , 最後は小さな肺胞で終わる。その肺 まさっていこう しゅしこっ ちょっけい あって , 摩擦に抵抗する役目の種子骨は数が一定 胞の大きさは直径約 0.3 細気管支 のぞ 師動脈 しないのでこれを除く。 ) mm で , 左右両方の肺で 肺静脈 毛細血管 こそんざい 最も長い骨は大たい骨で , この骨は身長の約 27 合計約 3 ~ 5 億個存在し ~ 28 % を占めている。 170 cm の身長だと約 48 ている。 cm ほどの長さになる。 肺胞全体の表面積は成 人の肺で 50 ~ 100m2 と 最も小さ っち骨 こきゅう な骨は , 耳 いわれ , 呼吸活動を行う 耳 ちゅうじ の中の中耳 肺胞全体の容積は約 3000 ~ 4000 mL にもなる。 小 じしよう 肺胞の表面は , 直径約 10 〃 m 〔〕 ( 0.01 mm) にある耳小 の 骨という 3 の毛細血管でおおわれている。 ソ辷 つの骨で , 肺胞での酸素と二酸化炭素のガス交換に使われ かんきりよう る空気の量を肺胞換気量というが , 肺の中にある あぶみ骨 , っち骨 , き 空気がすべてガス交換に使われるわけではない。 ぬた骨と名 ガス交換に使われないで , 肺をふくらませている しよう だけの空気もあり , これを死腔換気量という。 称がついて 肺胞換気量 = 1 回の換気量一死腔換気量 いる。この = 約 500mL ー 150mL = 約 350mL 中であぶみ 鼓膜 外耳道 1 分間の成人呼吸数を 18 回とすれば , 約 6L の 骨は 2 . 6 ~ 3.4 mm の長さで , 2.0 ~ 4.3 mg の重さしかなく , 空気がガス交換に使われている。 最も小さな骨だといえる。骨にはもともと奇形が しんぞう きゅうそく かたがわ 」心臓には休息時間がある心臓に休息時間が 多く , ろっ骨などは片側だけ数が 1 本多かったり あるといえば , そんなバカなという人が多いと思 少なかったりするが , 心配はない。 う。しかし , 心臓も何 10 年もはたらきずくめで でんせつ 」身長 伝説として身長が 2.9 ~ 3.2 m とい はたいへんである。 そくてい う巨人もいるが , 測定されたものとしては男性で みやくはく ふつう心臓は , 毎分 60 ~ 70 回の脈拍を打ってい 2 .7m , 女・生で 2.4m が最も高い。 しゅうしゆく る。 1 回収縮すると , 大動脈より約 60 ~ 80 mL の 最小記録では , 成人の男性で 57cm , 女性で けつえき 血液が送り出されるので , 70 回の脈拍の人は 1 分 61 cm という記録がある。 間で約 4.2 ~ 5.6 L の血液を送り出すことになる。 せ 背の高い種族は , ヨーロッパのモンテネグロ人 この心臓のポンプ作用の収縮と拡張で , どちら で , 平均身長 1 . 78 m もある。 がエネルギーを使っているかといえば , 収縮する 背の低い種族は , アフリカのムプティ族のピグ ときで , 拡張するときにはほとんどエネルギーを ーで , 男性平均 1 .37 m, 女性平均 1.32 m とい しんばくすう 使っていない。収縮に要する時間は , 心拍数に関 われている。 係なく約 0.4 秒前後である。 1 分間で 70 回の脈 体重男性の記録としては体重 635kg と 拍の人は , 収縮している時間の総和は 28 秒間で , いうのが最高と考えられる。女性では 544 kg と 残りの 32 秒間は拡張している時間になる。 この拡張している時間が心臓にとっての休息時 いう記録がある。体重が少ないのでは , 157 cm の身長で 20kg , 170Cm の身長で 22kg というの 間なのである。そのため , 一生の半分を心臓は休 が最小と考えられる。 息をちゃんととっているのである。 1 80 ・生物 ほね ほう はい し し 窓あぶみ骨 骨庭 た前 き こ鼓 師胞 ようせき こうかん さんそ めい うすまき管 きよじん かくちょう
高い所から物体が落ちるとき , 落ちる速さは 究の 落下運動にはどんな どうなっていくのだろうか。また , どんなも とくちょう のでも , 重さの重い物体のほうがはやく落ちるのだろう 特徴があるグだろうか か。ストロホ写真などを用いて調べてみよう。 下距離を読みとって規則性を調べてみよう。 物体の自由落下運動 ていこう [ 注な自由落下運動に用いる球は , 空気の抵抗をあ まり受けない鋼球がよい。また , ストロポ写真での 高い建物の屋上から , ビー玉を自然に手からは きじゅん そくてい 落下距離を測定するときは , 基準を鋼球の上か , 鋼 なすと , そのビー玉は速さを増しながら落ちてい 球の下に決めてはかる。 くように思われる。 0 落下距離と時間写真より , 発光時間間隔あ このように , 物体が自然に落下するときは等速 たりの落下距離は時間の経過とともに大きくなっ 運動にはならない。では , どんな運動をするのだ ひれい ていることから , 球の自由落下距離は時間に比例 ろうか , 調べてみよう。 こうきゅう していないことがわかる。そこで , 測定した鋼球 0 鋼球の自由落下運動鋼球を自然に落下させ の落下距離 て , 落下のようすをストロボ写真にとると , 下の 60 かん と時間との ような写真となる。この写真より , 一定の時間間 50 けいか 関係をグラ落 隔 - ィび秒における落下距離は , 時間の経過とと 40 フにすると , 距 30 もにだんだん大きくなっていっていることがわか 右のように cm 20 る。 直線ではな 10 0 自由落下運動の規則性鋼球の自由落下はど く規則性の 0 のような運動をしているのだろうか。下の自由落 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 1314 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 ある曲線と 時間〔秒〕 下のストロポ写真から , 鋼球が落下した時間と落 放物線い なる。 鋼球の落下距離と時間の関係 落下距離石秒間の平均秒間の速さ 0 速さと時間 次に鋼球の落下する速さと時間 〔 cm 〕の速さ〔 cm / 秒〕の増加〔 cm / 秒〕 の間の規則 性を調べて さ 200 みよう。 CIII 定の時間間 / て 100 隔一一秒 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 の間の平均 時間〔秒〕 の速さを求鋼球の落下する速さと時間の関係 め , グラフにする。 例えば , 左表の秒から秒の間の鋼球の 平均の速さは , 次のように計算する。 ( 10.3cm ー 7.6cm ) + ー一秒 = 108Cm / 秒 40 あたい 匯意 ] グラフに計算した値を入れるとき , 速さは 「平均の速さ」であるから , 時間の目盛りの一秒 間隔の中心の位置に点をとることに注意する。 このようにしてつくった上のような速さと時間 ま 0000000 ーー勢 000 ー : - 0 ー当ー第■ 0 一 きより きそくせい 300 4.0 5.5 7.6 10.3 13.6 17.5 22.0 108 132 156 180 204 一 4 -4 ・ -4 -4 “ -4 -4 -4 ワ 1 ワ 3 ワ 3 ワワ〕ワ〕ワ 3 27.1 228 24 32.8 252 24 39.1 276 46.0 24 300 53.5 24 324 61.6 鋼球の自由落下運動 594 ・物 理
にはりつける。 りをつるす。 ③下のグラフのように , テープの頭を直線で結び , ②記録タイマーにおもりをつるしたテープを通す。 えんちょう 横軸 ( 時間軸 ) の延長線との交点を求めて , その ③記録タイマーを始動させてからテープを手ばな 点を原点とする。 し , おもりの落下のぐらいのテープ ようすをテープに記におもりをつけて落 0 グラフからわかること①グラフは原点を通 下させる。 る直線になっていることから , 時間と落下の速さ 録させる。 ひれい 〔注意〕おもりを落下 とは比例している。 ぞうか わりあい させるときは , テー ②一定の割合で速さが増加しながら , 物体は落下 プを上に延ばしてか 記録テープ タイマーの打ち始めの部分は数えにくいので , 打 らはなすようにする。 点がはっきり数えられる所を仮の基準とする。 しより 0 記録テープの処理 ③ ①記録されたテープ ① ② かんかく を一定の打点間隔に 速さは時間に比例している 切る ( 右図では 5 打 点ごとに切っている ) 。落ち始めの部分は打点が 重なっているので , 打点が数えられる所を基準に して切っていく。 ぼう ②一定の打点で切ったテープを棒グラフ状に台紙 よこじく マ 録イ 0 0 スイッチ スタンド おもり ④ ↑ 速 さ 5 打 0 ④ ⑤⑥ ③ ①② 0 時 間〔 5 打〕→ 落ち始めの点 仮の基準点 きじゅん じよう 自由落下運動のグラフの読み方 発展研究 ぞうか けいか この平均の速さで 5 秒間 位時間における速さの増加分であ となる。 物体の自由落下は , 時間の経過 わ 、一 : ) こく 落下したので , 落下距離は , るから , 速さを時間で割ったもの とともに速さが刻々と変化してい 24.5 m/ 秒 >< 5 秒 = 122.5 m になる。すなわち , グラフの直線 る。このような落下運動の速さと かそくど 〔グラフから落下距離を求める〕 の傾きは加速度を表している。 時間の関係を表すグラフについて , 左の速さと時間のグラフで , 直 速さだ 速さと時間 ( 落下距離と時間 ) との = 重力加速度 0 時間 / 線のグラフと時間軸 ( 横軸 ) とに 関係を考えてみよう。 速さ霍 = 重力加速度 gx 時間 / 囲まれる面積は落下距離を表して 〔速さと時間〕自由落下運動では , こうきゅう 例鋼球が手から自然にはなれて ひれい いる。すなわち , 速さは時間に比例するから , この から 10 秒後の速さを求める。 速さ x 時間乙 関係をグラフにすると図のように = gx 乙 = 9.8m / 秒 2X10 秒 2 原点を通る直線となる。 また , = 0 x 乙 = 9.8 >< 乙である = 98 m/ 秒 かたむ このグラフの直線の傾きは , 単 から , 落下距離は次のようになる。 〔落下距離と時間〕例えば , 鋼球 70 落下距離 = ー x ( 9.8xt)X / 落距離 = 一 x 9. x が手から自然にはなれてから 5 秒 60 ー x 9 . 8 x 後の落下距離を求めてみよう。 50 さ グフ ( 傾 5 秒後の速さは , 40 例鋼球の 5 秒後の落下距離を求 = 加速又 4 m 30 霍 = gx 乙 = 9.8m / 秒 2X5 秒 める。 = 49 m/ 秒 ー - x 9.8 >< 52 落下距離 = 10 へいきん 5 秒間の平均の速さは , 0 ー x 9 . 8 X 25 ( 初めの速さ + 5 秒後の速さ ) 十 2 = 122 . 5 〔 m 〕 = ( 0 + 49 ) + 2 = 24.5 〔 m / 秒〕 きより 面積 = 9.8 メ 5 面 ー X 9. X 52 4 2 時間い秒〕 速さと時間の関係 596 ー物理 2 7 6 5 3 1 0
物体の運動にはさまざまな運動がある。その 等速直線運動について 究の 中でも , まっすぐに運動するものがある。 の運動について , ストロボ写真をとったり , 記録タイマ 調べてみよう ーで運動のようすを記録したりして , 調べよう。 とうそくちよくせんうんどう 3 倍の時間では 3 倍の距離を進むことになる。 北等速直線運動 のように , 等速直線運動での物体の進む距離は , ひれい 0 等速直線運動とは物体が曲がることなく , 時間に比例する。 ト正比例 一直線上を一定の速さで運動するとき , この物体 0 移動距離一時間のグラフ物体の進む距離と は等速直線運動をしているという。 それに要する時間とは比例するので , 等速直線運 は等速度運動ともいう 0 等速運動とは物体が一定の速さで運動して 動をグラフに s 物体の移動距離は時間に比例する かぎ いる ( 一直線上とは限らない ) とき , この物体は B より A のほ A すると , 右図 うが速さの 等速運動をしているという。 のように原点 動大きい運動 距 等速運動と等速直線運動・・・等速運動は , 等速直 を通る直線に 線運動と同じではない。物体が運動の向きを変え なる。 ながら同じ速さで運動しているときも , 等速運動 速さがはや 3 という。 くなると進む 時間〔秒〕 例えば , 同じ速さで円運動をしている物体の運 Gs-t グラフ移動距離と時間のグラフ 距離も大きく 動は等速運動 ( 等速円運動 ) である。 移動距離と時間との関係 0 ドライアイスの運動ドライアイスはふつう し二酸化炭素の固体 の温度では , 固体から気体となる。この気体によ 吊洫 って , なめらかな水平な面でドライアイスをすべ らせることができる。この運動のストロボ写真を しドライアイスの場合 , 厚擦力はほとんどはたらかない とると , 下の写真のように等速直線運動をしてい ることがわかる。 このドライアイスの移動距離と , ストロボの発 かんかく 光時間間隔から , 移動距離と時間との関係を調べ てみよう。 0 物体の移動距離と時間下のドライアイスの ストロボ写真からわかるように , 物体が直線上を 一定時間に進む距離は同じである。したがって , 時間が 2 倍経過すると物体の進む距離は 2 倍に : 3 秒間に進む距離 0 ちが 速さと速度はどう違うのですか。 速さと速度は , 理科では区別して使っ ています。速さは大きさだけをもつ量 ( スカラーという p. 507 参照 ) ですが , 速度はカと同じように大きさと向きを合わせもっ た量 ( べクトノレという p. 507 参照 ) です。したが って , 2 つの物体が同じ速さで運動していても , 運動の向きが違えばそれらの速度は違うことにな ります。 速度は大きさと向きをもつので矢印で表すこと ができます。矢の向きで速度の向きを示し , 矢の 長さで速度の大きさを表します。 ごうせいぶんかい 速度はカの矢印のように合成・分解することが できます。例えば , 下の図のように川を A 地点か じっさい ら B 地点へ横切る船があります。この船が実際に どの向きに進むかは , 下の右図のように速度の合 成をすればわかります。 けいか れ さ度 成速 合た ム船の速度 ドライアイスの運動 流速 22 592 ■物理
しげき さいぼう ぼうあっ れは光の刺激によって葉の細胞の膨圧が変化し , ようへい 小葉の葉柄部分が張りを失い , たれ下がることに よって起こる。 せっしよく オジギソウでは , 光・接触・熱・電気などの刺 しゅうみん しゅんかん 激によって , 瞬間的に就眠運動が起こる。小葉や ようちん 葉柄のつけ根にある葉枕の細胞が急に水を失い , し蘂柄のつけ根のふくらみ 膨圧が低下して葉の重みでたれ下がる。 例ネムノキ・ダイズ・シロツメクサなど かいへい こうへんさいぼう 気孔の開閉運動・・・気孔の開閉運動は , 孔辺細胞 の膨圧による運動である。孔辺細胞の膨圧は , 光 にさんかたんそのうど や温度や二酸化炭素濃度などの刺激によって変化 し , 細胞の形を変形して起こる。 3 開花期の調節 多くの植物が , 決まった季節に芽を出したり花 かんきよう びんかん を咲かせるのは , 植物が環境の変化を敏感に感じ はんのう とって反応しているためである。これは毎年決ま った季節に光の強さや受光時間 , 温度などが変化 は ). 4 ド参阜 L 、 p. 54 参照 しげき さ 葉枕 ようちん 葉枕 正常状態の イ 就眠 状態の 葉枕 し 0 うみん くオジギソウの葉の就眠運動 > 膨圧 ( 大 ) し , 植物体内にホルモンがつくられ , 花芽の形成 が起こるためである。 こうしゅうせい 0 光周性 1 日の日照時間の変化により , 植物 せいしつ の花芽の形成が行われる性質を光周性という。 長日植物・・・コムギやアプラナなどのように , 日 照時間 ( 明期 ) が一定以上になり , 夜の長さ ( 暗期 ) が短くなると花を咲かせる春咲き植物である。 、ふつう川時間以下 は舂 ~ 初夏か開花期 例ニンジン・ハッカダイコン・ホウレンソウなど 短日植物・・・コスモスやキクなどのように , 日照 時間が一定時間より短くなり , 夜が長くなると花 はふつう川時閻以上 を咲かせる秋咲き植物である。 ら夏 ~ 秋か開花期 例アサガオ・ダイズ・タバコ・イネなど 中性植物・・・エンドウやトマトなどは日照時間に 関係なく , 温度の変化などにより花を咲かせる。 例トウモロコシ・ソバ・タンポポ・ハコペなど 匯意花芽の形成に関する光周性は , 日照時間 ( 明 ちよくせつえいきよう 期 ) よりも夜の長さ ( 暗期 ) が直接影響しており , 定時間以上 ( 以下 ) の連続した暗期に影響される。 しゅんか 0 春化花芽を形成するとき , 一定の期間低 品を体験させる必要のある現象を春化という。秋 まきコムギは , 冬を小さい植物体で越し , 春にな ると成長して花をつける。しかし , 春にまいたり , の 温室内で冬を越したりすると , 茎だけは伸びても とちゅう 花をつけない。これは , 生育の途中に一定期間低 温を体験させる必要があるためである。 しより 0 春化処理旧ソ連のルイセンコ ( 1898 ~ 1976 ) はウクライナ は , 秋まきコムギを春にまき , 発芽後約 1 か月間 0 ℃近くで育てることで開花結実させた。このよ うに一定期間低温にさらす処理を春化処理という。 かが ら花となる芽 辰子・遺伝学者 八一ナリゼーションともいう、」 日中の明るいとき 膨圧 ( 小 ) 葉を重ね閉しる 夜の暗いとき 気 , 子し 状態 開いた < カタバミの葉の就眠運動 > ( 大 ) 膨圧 孔辺細胞 こうへんさいばう ぼうあっ く気孔の開閉運動 > 膨圧による運動 膨圧 ( 小 ) 閉した 状態 長日植物 開花 開花しない 開花 明 ←ーー限界期 光一 日音期 24 時間 短日植物 ー開花しない 開花 開花しない 】日照時間と花芽の形成 第 2 章植物の世界■ 71
の関係のグラフは , 原点を通る直線となる。この たものである。単位だけの計算を考えてみよう。 こうきゅう グラフから , 鋼球の自由落下運動は , 落下の速さ 加速度 = 速さ〔 m / 秒〕 + 時間〔秒〕 ひれい が時間に比例する運動であることがわかる。また , = ( 距離〔 m 〕 + 時間〔秒〕 ) + 時間〔秒〕 距離〔 m 〕 落下運動は時間の経過とともに速さは変化してい 一時間〔秒〕 x 時間〔秒〕 しゅんかん くが , 鋼球の瞬間の速さは , 速さと時間の関係の = m / 秒 2 ( メートル毎秒毎秒と読む ) グラフから読みとることもできる。 加速度の単位には m / 秒 2 のほかに , cm/ 秒 2 ( セ かそくど ンチメートル毎秒毎秒 ) なども用いられている。 自由落下運動の加速度 0 自由落下運動の加速度鋼球の自由落下運動 こうきゅう 1 0 速さが一様でない運動鋼球が自由落下して 秒間に 24 cm / 秒ずっ速さが変化してい では , 40 いくときは速さがだんだんはやくなっていき , そ て , 変化のしかたは同じである。この運動の加速 ひれい の速さは時間に比例している。このように , 物体 度は , 次のように一定であると考えられる。 の速さが変化するとき , その物体は加速度をもっ 24 cm/ 秒亠ーー秒 = 960 cm/ 秒 2 ・ 40 ているという。すなわち , ある一定時間にどれだ 地上での物体の自由落下運動による加速度は一 け速さが変化しているかを示しているのが加速度 定で , 0 = 980 〔 cm / 秒 2 〕とされている。この自由 勺 . 8 m / 秒 2 である。 落下の加速度は重力によって生ずるもので , 特に p. 507 , p. 518 参昭、」 0 加速度 運動をしている物体の加速度は , 実 重力加速度とよばれ , 単にともいわれている。 際にどのように表すことができるのだろうか。 また , 重力加速度 0 は物体の質量に関係なく一定 例えば , 運動している物体の速さが , ある時刻 であるが , 場所によって少し異なる。 で 10 m / 秒であったものが , 5 秒後には 20 m/ 秒 そくてい の速さになったとする。この物体の 1 秒間の速さ 自由落下運動の測定 の変化 ( 加速度 ) は次のように計算できる。 ( 20 m / 秒ー 10 m / 秒 ) + 5 秒 = 2 m / 秒 2 己録タイマーで , 物体の自由落下運動を調べて しつりよう この式から , 加速度は物体の質量に関係しないこ みよう。 は p. 519 参照 とがわかる。 0 己録タイマーでの測定の方法 わ 0 加速度の単位加速度は , 速さを時間で割っ ① lm ぐらいのテープを用意し , その先端におも きより けいか 1 じっ 一三ロ 一三ロ せんたん 科学の広場 重いものははやく落ちるガ そくてい 紙と石を同時に落とすと , 石の はほば一定であることが確かめら 測定された。その結果 , ほば 9.8 ほうが先に落ちる。このような経 れ , 重力加速度 0 といわれるよう m / 秒 2 であるが , 場所や高さなど けん 験から , ギリシャのアリストテレ になった。 0 の値は各地で詳しく によっていくらか違うこともわか いつばん 空気中 真空中 ス以来 , 長い間重い物体のほうが った。一般に , 地表では , 緯度が はやく落ちると人々は信じていた。 低くなるほど 0 の値が小さくなっ の しかし , この考えに対してガリ ている。 L7 ぎもん 紙片 が レイをはじめ少数の学者が疑問を 地名 ( 所在地 ) げんざい 0 もっていた。現在では , 右の図の 4 金属片 フェアノヾンクス ( アメリカ ) 64 。 51 ′ N 9 .822 そうち 右の管内では , ような真空落下装置で , アリスト 東京 ( 日本 ) 35 。 39 ′ N 9 . 798 羽毛も紙片も シンガポール ( シンガポール ) 1 。 18 ′ N 9 . 781 テレスの考えがまちがっているこ 金属片も同時 メルポルン ( オーストラリア ) 37 。 47 ′ S 9.800 しようわきち とを確かめることができる。 昭和基地 ( 南極大陸 ) 69 。 00 ′ S 9.825 に落ちる。 その後 , 物体の落下する加速度 各地の重力加速度″ ( m / 秒 2 ) の実測値 第 4 章運動■ 595 けい ちが くわ あたい