速さと運動の表し方
物体の運動を「どれだけ速いか」で表すのが速さです。物理ではいくつかの種類の速さを区別します。
基本知識
速さは単位時間あたりに進む距離です:速さ v = 道のり / 時間 ( v = s / t )
単位は m/s (メートル毎秒) や km/h (キロメートル毎時)。
換算: 1 m/s = 3.6 km/h(36 km/h = 10 m/s)。
速さには2種類あります:
・平均の速さ: ある区間の道のり ÷ かかった時間。区間全体での代表値。
・瞬間の速さ: ごく短い時間の道のり ÷ ごく短い時間。スピードメーターが示す値。
方向まで含む量は速度と呼びます(中学では速さと速度はほぼ同義として扱うことも多い)。
速さ v（単位時間あたりに進む距離。スカラー量）
速度（向きを含む速さ。ベクトル量）
平均の速さ（区間全体の道のり÷時間）
瞬間の速さ（ごく短時間の速さ。スピードメーターの示す値）
m/s（速さの基本単位。1秒間に1m進む速さ）
km/h（1時間あたり何 km 進むか。 1m/s = 3.6km/h ）
深掘り (背景・意義)
身近な速さの例:
・人の歩行: 約 1.2 m/s ≒ 4 km/h
・自転車: 約 4〜5 m/s ≒ 15〜18 km/h
・自動車(一般道): 約 40〜60 km/h ≒ 11〜17 m/s
・新幹線: 約 80 m/s ≒ 約 288 km/h
・ジェット旅客機: 約 250 m/s ≒ 900 km/h
・音速(空気中): 約 340 m/s
・光速(真空中): 約 3.0 × 10⁸ m/s
m/s と km/h を換算する練習を重ねると、感覚的にも理解できます。
速さの記録には記録タイマーがよく使われます。電源式記録タイマーは東日本で1秒間に50回(0.02秒ごと)、西日本で60回(約0.017秒ごと)テープに打点します。点と点の間隔から瞬間の速さや平均の速さを計算できます。
- 速さ v = 道のり ÷ 時間
- 単位: m/s、km/h(換算: 1m/s = 3.6km/h)
- 平均の速さ ≠ 瞬間の速さ
- 記録タイマーで瞬間の速さを測れる
- 東50Hz=0.02秒/打点、西60Hz=約0.017秒/打点
- 音速 約340m/s、光速 約3×10⁸m/s
- 速度は向きを含む量(ベクトル)
注意点 (混同しやすい)
① 速さの単位換算: m/s → km/h は×3.6、km/h → m/s は÷3.6。② 平均と瞬間の速さを区別。③ 道のり(実際に進んだ距離)と変位(始点から終点までの直線距離)は別物。④ 単位を揃えてから計算。秒と時間が混ざるとミスする。
練習
- 速さを求める公式を書きなさい。
- 72 km/h は m/s で何 m/s か。
- 50m を 8秒で走った人の平均の速さを m/s で求めなさい。