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物理
様々な運動
最終更新日：2026年7月19日
平面上の運動・円運動・単振動・万有引力など、力学をより広い場面へ発展させます。運動量と力積という新しい道具を使うと、衝突のように「一瞬にはたらく力」の問題も扱えるようになります。
この単元のポイント
- 放物運動は、水平方向（等速）と鉛直方向（等加速度）に分けて考えます。
- 等速円運動の加速度は円の中心を向き（a = v²/r = rω²）、それを生むのが向心力 F = mv²/rです。
- 運動量 p = mv、力積 = 力×時間 = 運動量の変化です。衝突では運動量保存則が成り立ちます。
共通テストのポイント
運動量保存とエネルギー保存の使い分けが要です。弾性衝突では運動エネルギーも保存されますが、非弾性衝突では保存されない点に注意しましょう。反発係数（はねかえり係数）の使い方も定番です。
放物運動と円運動
斜めに投げ出した物体の運動（放物運動）は、水平方向と鉛直方向に分けると見通しよく扱えます。水平方向には力がはたらかないので等速、鉛直方向には重力だけがはたらくので等加速度運動になり、この二つを独立に計算して合成します。一方、一定の速さで円を描く等速円運動では、速さは変わらなくても向きが絶えず変わるため、中心を向く加速度が生じています。これを生み出す力が向心力で、糸の張力や重力、摩擦などがその役目を果たします。向心力が突然なくなると、物体は円の接線方向へまっすぐ飛んでいきます。
運動量と力積
質量と速度の積 p = mv を運動量といい、向きをもつベクトル量です。物体に力 F が時間 Δt はたらくと、運動量が FΔt（力積）だけ変化します。衝突のように大きな力がごく短時間はたらく現象では、力そのものより力積で考えるほうが扱いやすくなります。外から力がはたらかなければ、衝突の前後で運動量の総和は保存されます。
衝突の種類と使い分け
- 運動量はどんな衝突でも保存します（外力がなければ）。まずこれを立式します。
- 弾性衝突は運動エネルギーも保存します。非弾性衝突では一部が熱などに変わり保存しません。
- はねかえりの度合いは反発係数 e（はねかえり係数）で表します（0で完全非弾性、1で弾性）。衝突後の速度を求めるもう一本の式になります。
単振動と万有引力
変位に比例して元へ戻そうとする力（復元力 F = −kx）がはたらくとき、物体は単振動をします。ばねにつないだおもりが代表例で、周期は T = 2π√(m/k) となり、振幅によらず周期が一定（等時性）という重要な性質をもちます。単振り子も、振れ角が十分小さければ復元力が変位にほぼ比例するとみなせるので単振動として扱え、周期は T = 2π√(L/g) となって、おもりの質量にも（小さな）振幅にもよりません。「振れ角が小さいとき」という条件が付く点が単振り子の注意どころです。また、すべての物体の間には F = G(m₁m₂)/r² の万有引力がはたらきます。これに円運動やケプラーの法則（軌道は楕円、面積速度は一定、周期の2乗は軌道長半径の3乗に比例）を組み合わせると、惑星や人工衛星の運動を説明できます。
参考・出典
この記事は、運営者が構成を設計したうえで生成AIを併用して執筆し、公開前に運営者が内容を確認しています。 学習の参考としてご利用いただき、重要な判断の際は教科書や公式資料もあわせてご確認ください。 誤りにお気づきの場合はフッターの投書箱よりご連絡ください。