力学の問題を解くときの正しい手順

2019年9月10日

座標軸を設定します。
設問で設定されている場合はそれに従います。
設定されていない場合は自分の好きな向きで設定します。

モデル図を描きましょう。
物理ではイメージが大事です。
物理が苦手と思っている人はイメージ図を書いてない場合が多いです。

物体に働く力は3つ

・場の力
・接触力
・慣性力

だけです。
場の力は重力場、電場、磁場などあります。
特に設定が無い場合は重力場を考えることになります。

接触力は物体に触れているものから受ける力です。
抗力、張力などがあります。

慣性力は座標軸が動いている場合に考えることになります。
エレベータ内の運動、列車内の運動などがあります。

ニュートンの運動方程式は

$$
ma=F
$$

に対応して立てる。
左辺は質量$\times$加速度、右辺は物体に作用している力を軸ごとに書く。
軸が2つ以上ある場合はそれぞれの軸に対して運動方程式を立てる。
力の向きに合わせて正負を考える。

\begin{eqnarray*}
ma=f_1+f_2+f_3+ \cdots
\end{eqnarray*}

運動方程式から
$$
a=\frac{F}{m}
$$
となるので、速度、変位と順に求めていく。

運動方程式が簡単に解けない場合、あるいはエネルギーや運動量の関係を
求めたい場合は運動方程式を変形させて対応する。

問題を読んで答えを書きます。
答えを書くことに力を注ぎ過ぎな傾向がありますが、

シンプルな手順ではないですか？

「高校ではそんなことは習わなかった」
「今まで習ったのは公式を当てはめて計算するだけだった」

と言うかもしれません。
私自身、高校の物理の教育課程に対して言いたいことはいっぱいありますが
ここでは止めておきましょう。

いずれにしても、今までの手順は間違いです。
正しい手順を無視して問題をやっていたのです。
だから無駄に公式を覚えるはめになっているのです。

正しい手順を踏んでやっていれば公式と言われるものなんて自然と身についてしまいます。

試験場では公式を多用することは時間短縮から見ても妥当です。
しかし、勉強する際は正しい手順を踏んで練習をするべきです。

次回は試しに自由落下を考えてみましょう。